專利名稱:復(fù)合器部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合器部件，特別是應(yīng)用在用于核技術(shù)設(shè)備的安全系統(tǒng)中，該復(fù) 合器部件具有多個(gè)布置在共同的殼體中的催化劑部件，當(dāng)氫氣在流入氣流中被一起運(yùn)送 時(shí)，這些催化劑部件分別觸發(fā)與氧氣的復(fù)合反應(yīng)，其中殼體以煙囪形式包圍布置在其中的 催化劑部件，從而在復(fù)合反應(yīng)中釋放的熱量通過(guò)對(duì)流促進(jìn)了殼體內(nèi)的氣體流動(dòng)。
背景技術(shù)：
在核技術(shù)設(shè)備中、特別是在核電站中，必須在出現(xiàn)干擾情況或事故情況時(shí)(在這 些情況中例如可能出現(xiàn)由于核加熱而導(dǎo)致的鋯氧化)將在包圍反應(yīng)堆芯的安全容器或反 應(yīng)堆防事故外殼內(nèi)的氫氣和一氧化碳的形成和釋放考慮在內(nèi)。特別在出現(xiàn)冷卻劑損耗干 擾之后可能在此釋放出大量的氫氣。由此可能在反應(yīng)堆防事故外殼內(nèi)產(chǎn)生爆炸性的混合氣 體。如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)的措施，那么甚至可能出現(xiàn)反應(yīng)堆防事故外殼的大氣中的氫氣的積聚， 由此可能在由于較大量的氫氣燃燒而導(dǎo)致出現(xiàn)突發(fā)的點(diǎn)火時(shí)，對(duì)安全容器的完整性造成危 害。
為了防止在核電站的反應(yīng)堆防事故外殼中形成這種爆炸性的混合氣體，對(duì)各種不 同的裝置或方法進(jìn)行了討論。例如包括有如催化的復(fù)合器、催化的和/或電力驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)火 裝置或上述兩種裝置的組合、以及用于使反應(yīng)堆防事故外殼恒定惰化的方法。
當(dāng)使用點(diǎn)火系統(tǒng)以用于從反應(yīng)堆防事故外殼的大氣中去除氫氣時(shí)，應(yīng)該借助于受 控制的燃燒實(shí)現(xiàn)氫氣與氧氣的可靠的復(fù)合。在此，應(yīng)該穩(wěn)妥地避免作為有毒的氫氣燃燒的 后果的重要的壓力形成。這種點(diǎn)火系統(tǒng)通常因此這樣設(shè)計(jì)，即當(dāng)已經(jīng)超過(guò)混合氣體的下點(diǎn) 火界限時(shí)，也就是說(shuō)當(dāng)混合氣體具有相對(duì)較低的氫氣濃度時(shí)，或者當(dāng)惰化界限低于體積百 分比為大約55%的蒸汽以及高氫氣濃度時(shí)，也確保了氫氣的可靠的點(diǎn)火。
一種由EP 289 907 Bl中已知的、用于受控點(diǎn)燃包含有氫氣的混合氣體的點(diǎn)火系 統(tǒng)包括火花塞點(diǎn)火裝置，其可通過(guò)集成的蓄能器供應(yīng)能量。此外，該點(diǎn)火系統(tǒng)還設(shè)有自給自 足地設(shè)計(jì)的蓄能器，從而不需要饋電線。在此特別設(shè)計(jì)了作為蓄能器的干電池。然而這種點(diǎn) 火系統(tǒng)由于集成的蓄能器的電容而僅僅適用于一段受限制的運(yùn)行時(shí)間。這還導(dǎo)致了，即在 例如5%至大約8%的體積百分濃度范圍中，基本上通過(guò)提早點(diǎn)火而阻止了無(wú)焰催化氧化。 因此當(dāng)濃度更高時(shí)排除了有利的無(wú)焰催化分解以及同時(shí)產(chǎn)生的高溫區(qū)域(> 600-900°C )。
無(wú)焰催化作用的區(qū)域進(jìn)而實(shí)際上在不可點(diǎn)燃的區(qū)域上減少，并且已經(jīng)當(dāng)濃度差異 偏低時(shí)利用快速的氣體移動(dòng)過(guò)程引發(fā)了提早的一次點(diǎn)火，而不會(huì)(由于缺乏高溫區(qū)域)實(shí) 現(xiàn)用于達(dá)到短的火焰加速路徑的有效的反向點(diǎn)火(Gegenzuendimg)。此外，當(dāng)提早地激勵(lì) 火花塞點(diǎn)火裝置時(shí)，在具有后來(lái)的氫氣釋放的干擾進(jìn)程中，氫氣的受控制的點(diǎn)火僅可以受 限制地實(shí)現(xiàn)。此外，這種點(diǎn)火系統(tǒng)同樣也在點(diǎn)火延遲時(shí)間結(jié)束之后才對(duì)氫氣的釋放作出反 應(yīng)。而且，將必須覆蓋所有可想到的干擾情況的點(diǎn)火系統(tǒng)僅僅可以受限制地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn) 行。此外，在顯示出干擾情況的前部地帶中，不可能從例如發(fā)電站的控制室外部的工作站展 開(kāi)點(diǎn)火系統(tǒng)的預(yù)防性的激發(fā)。[0007]此外，在僅僅基于使用用于氫氣的點(diǎn)火方法、例如火花塞系統(tǒng)形式的安全系統(tǒng)中 存在有附加的限制，即在蒸汽惰化的情況下，完全不能進(jìn)行氫氣分解。相應(yīng)地，在這種系統(tǒng) 中只有在相應(yīng)的蒸汽凝結(jié)之后才能充分地燃燒在安全容器中積累的氫氣。當(dāng)蒸汽中的氫氣 濃縮時(shí)，這可能導(dǎo)致相對(duì)較高的氫氣量或氫氣濃度，其隨后由于點(diǎn)火而在相對(duì)較短的時(shí)間 內(nèi)燃燒，從而可能產(chǎn)生不受控制的反應(yīng)過(guò)程。此外，在僅僅基于點(diǎn)火的系統(tǒng)中需要注意的 是，在所謂的“抵抗全廠失電(Station-black-out) ”情況下、也就是說(shuō)在反應(yīng)堆防事故外殼 內(nèi)的能量供應(yīng)完全損失的情況下，點(diǎn)火可能完全失效。
可替換地或補(bǔ)充地，因此可以在安全系統(tǒng)的范疇中，在核技術(shù)設(shè)備的安全容器或 反應(yīng)堆防事故外殼中布置所謂的惰性的自動(dòng)催化的復(fù)合器。該復(fù)合器通常包括合適的催化 劑部件，該催化劑部件在催化的路段上當(dāng)氫氣在流入氣流中被一起運(yùn)送時(shí)，觸發(fā)與氧氣的 復(fù)合反應(yīng)。催化劑部件在此通常設(shè)有包圍的殼體，其中該殼體設(shè)計(jì)為煙@形式，從而基于煙 囪效應(yīng)自動(dòng)地在殼體之內(nèi)產(chǎn)生對(duì)流流動(dòng)，從而使得混合氣體可靠地沿著各自的催化劑部件 在其上引導(dǎo)，并且進(jìn)而可以維持催化的復(fù)合反應(yīng)。原本的催化部件在此在各自催化的復(fù)合 器部件之內(nèi)主要垂直地并且盡可能平行地布置，以便在部件之間產(chǎn)生上升氣流并且促進(jìn)該 上升氣流。當(dāng)氫氣積累在反應(yīng)堆防事故外殼的混合氣體中時(shí)，該裝置通常自動(dòng)地啟動(dòng)并且 使氫氣與大氣中包含的氧氣發(fā)生氧化，從而特別也當(dāng)存在有蒸汽惰化的條件或混合氣體稍 微處于點(diǎn)火極限之上時(shí)，可以在不點(diǎn)火的情況下實(shí)現(xiàn)有效的氫氣分解。
當(dāng)然也可以在這種系統(tǒng)中當(dāng)假定在安全容器中出現(xiàn)了高氫氣釋放率和同時(shí)出現(xiàn) 了低蒸汽濃度的干擾情況時(shí)，則達(dá)到在積累的氫氣方面的局部的或全局的臨界的濃度和 量。
由于在這種復(fù)合器上的點(diǎn)火迄今為止僅僅偶然地根據(jù)不同的大氣條件，例如氫氣 濃度、蒸汽成分等等被觀察到，因此通過(guò)這種裝置既不能可靠地避免所不期望的點(diǎn)火，也不 能確保點(diǎn)火功能。此外，在檢驗(yàn)中從可高達(dá)30min的時(shí)間延遲直至達(dá)到最大的反應(yīng)溫度為 止，在這種催化劑單元上進(jìn)行報(bào)告。例如通過(guò)降低的涂層厚度或擴(kuò)散抑制層等等來(lái)實(shí)現(xiàn)完 全避免催化劑點(diǎn)火的措施，在更高的濃度范圍中也并不導(dǎo)致安全地排除所不期望的點(diǎn)火。 即使當(dāng)這種檢測(cè)有可能成功時(shí)，偶然的點(diǎn)火基本上由于反應(yīng)堆防事故外殼中的可想像到的 其它不穩(wěn)定的點(diǎn)火源而一般來(lái)說(shuō)不能被排除。
為了在技術(shù)上安全地設(shè)計(jì)反應(yīng)堆防事故外殼，因此當(dāng)應(yīng)用催化的復(fù)合器時(shí)，分別 檢測(cè)安全容器中的當(dāng)氫氣-過(guò)量供應(yīng)(Ueberspeisimg)時(shí)出現(xiàn)的最大濃度，并且將點(diǎn)火置 于這個(gè)條件之下。在這樣的點(diǎn)火情況下，將從快速爆燃直至可能的爆燃_爆炸_過(guò)渡的設(shè) 計(jì)考慮在內(nèi)。為了本身能夠通過(guò)反應(yīng)堆防事故外殼的結(jié)構(gòu)性的設(shè)計(jì)方案合適地對(duì)在此理論 上出現(xiàn)的巨大的負(fù)載和直到幾個(gè)巴(巴)的壓力差進(jìn)行補(bǔ)償，反應(yīng)堆防事故外殼相應(yīng)的結(jié) 構(gòu)以及在其中預(yù)設(shè)的設(shè)備通常被相應(yīng)高密度地設(shè)計(jì)。因此可能值得期待的是安全系統(tǒng)的修 改設(shè)計(jì)方案，在該安全系統(tǒng)中本身在所述的條件下立即可靠地將大氣中氫氣的過(guò)高濃度排 除，并且進(jìn)而可以安全地避免所述的點(diǎn)火情況或爆炸情況。
為了實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)，也可以設(shè)置有組合系統(tǒng)，其既包括點(diǎn)火裝置又包括催化的復(fù) 合器。由EP 596 964 Bl例如已知了一種用于使得混合氣體中的氫氣發(fā)生復(fù)合的組合的催 化劑-點(diǎn)火系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，當(dāng)氫氣發(fā)生催化的復(fù)合時(shí)，在催化劑體上獲得的熱量被輸 送給點(diǎn)火裝置，并且在那里用于點(diǎn)燃未衰竭的、含氫的氣體。然而在這種組合的催化劑_點(diǎn)火系統(tǒng)中，只有在釋放氫氣之后的點(diǎn)火延遲時(shí)間結(jié)束之后才點(diǎn)燃?xì)錃?。在第一次釋放氫?之后，也就是需要一定的時(shí)間，直到催化劑體連同相鄰的點(diǎn)火裝置一起都充分加熱為止，以 便能夠點(diǎn)燃?xì)錃?。這種時(shí)間延遲導(dǎo)致了，在反應(yīng)堆防事故外殼內(nèi)的快速的氣體移動(dòng)過(guò)程中， 當(dāng)氫氣濃度相對(duì)較高時(shí)才開(kāi)始點(diǎn)燃?xì)錃狻?br>然而在整個(gè)系統(tǒng)加熱之后，在已經(jīng)超過(guò)了下部的點(diǎn)火極限之后才在不催化的部件 上出現(xiàn)早點(diǎn)火。這導(dǎo)致了，在從例如5%直至大約10%的體積百分濃度范圍中，基本上由于 提早的點(diǎn)火而阻止了無(wú)焰催化氧化。當(dāng)濃度更高時(shí)的無(wú)焰催化分解以及同時(shí)產(chǎn)生的高溫區(qū) 域因此被排除。
無(wú)焰催化作用的區(qū)域進(jìn)而實(shí)際上在不可點(diǎn)燃的區(qū)域上減少，并且已經(jīng)當(dāng)濃度差異 偏低時(shí)，利用快速的氣體移動(dòng)過(guò)程而引發(fā)了提早的一次點(diǎn)火，而不會(huì)(由于缺乏高溫區(qū)域) 實(shí)現(xiàn)用于達(dá)到短的火焰加速路徑的有效的反向點(diǎn)火。
在其它的帶有催化的復(fù)合器和多個(gè)獨(dú)立的火花塞點(diǎn)火裝置的組合系統(tǒng)中(其中 點(diǎn)火與催化的復(fù)合獨(dú)立無(wú)關(guān)地在點(diǎn)火裝置中開(kāi)始)，通過(guò)系統(tǒng)彼此之間相應(yīng)的協(xié)調(diào)而考慮 到相對(duì)較大的投入，并且特別是對(duì)于在錯(cuò)誤的點(diǎn)火頻率中出現(xiàn)的不利影響的處理是成問(wèn)題 的。在此原則上又有效的是，利用相應(yīng)的氣體移動(dòng)過(guò)程而引發(fā)了提早的一次點(diǎn)火，而不會(huì) (由于缺乏高溫可能性)實(shí)現(xiàn)用于確保短的火焰加速路徑的有效的反向點(diǎn)火。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提出一種上述類型的復(fù)合器部件，特別是用在核技術(shù)設(shè) 備中的安全系統(tǒng)中，利用該復(fù)合器部件即使在假設(shè)有相對(duì)極端的條件或情況下也以特別高 的運(yùn)行安全性，確保了從混合氣體中可靠地去除氫氣。
該目的根據(jù)本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn)，即至少一個(gè)布置在殼體之內(nèi)的催化劑部件具有給定 點(diǎn)火區(qū)域，其中在對(duì)流進(jìn)行中當(dāng)環(huán)境條件為大約1巴和100°c時(shí)，當(dāng)流入氣流中的氫氣體積 百分濃度大于5%時(shí)，產(chǎn)生高于560°C的表面溫度。
本發(fā)明從這種構(gòu)思出發(fā)，即在所述的可能的極端條件下，當(dāng)可靠地避免了臨界的 濃度的形成時(shí)和當(dāng)穩(wěn)定地排除了爆炸情況時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)可靠地去除氫氣，這由此實(shí)現(xiàn)，基 本上基于催化復(fù)合器的系統(tǒng)以特別合適的方式由適宜的被啟動(dòng)的點(diǎn)火來(lái)補(bǔ)充。此外，為了 保持特別高的運(yùn)行安全性并且也為了克制“失電(black-out)，，的情況，點(diǎn)火系統(tǒng)也應(yīng)該完 全地或至少盡可能地設(shè)計(jì)成無(wú)源的(passiv)。基于催化復(fù)合器的系統(tǒng)的、這種通過(guò)合適的 點(diǎn)火機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的適宜的補(bǔ)充通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，以特別有利的方式將在催化的復(fù)合中局 部地在催化劑部件的區(qū)域中釋放的熱量用于適宜地開(kāi)始進(jìn)行點(diǎn)火。
在此，系統(tǒng)應(yīng)該在其整體方面上特別地這樣來(lái)設(shè)計(jì)，即使在干燥的情況下也利用 適度的氫氣釋放和相對(duì)較低的蒸汽成分提早地開(kāi)始催化的氫氣分解，特別地還是在從例如 6至大約8%的氫氣的非臨界的體積百分濃度的情況下。在更高的蒸汽濃度、從例如> 30% 直到大約> 8%的氫氣體積百分濃度時(shí)，在> 40%和優(yōu)選地直到大約> 10%以及更高的氫 氣體積百分濃度時(shí)，應(yīng)該延長(zhǎng)了這種無(wú)焰的復(fù)合器運(yùn)行。由此實(shí)現(xiàn)了，在多種情況下完全不 會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火。在更極端的情況下，特別是當(dāng)出現(xiàn)的有關(guān)的氫氣量的體積百分濃度大于大約 8%時(shí)，然而無(wú)論如何都是當(dāng)氫氣體積百分濃度大于10%時(shí)，應(yīng)該預(yù)防性地阻止進(jìn)一步的濃 度升高，并且適宜地自動(dòng)引發(fā)安全容器不同的空間區(qū)域中的點(diǎn)火。[0020]為了可靠地并且是在避免了被視為過(guò)高的點(diǎn)火延遲時(shí)間的情況下確保這一點(diǎn)，現(xiàn) 在設(shè)計(jì)為，借助于催化劑部件和包圍該部件的殼體的結(jié)構(gòu)性合適的定位和尺寸確定，以及 借助于結(jié)構(gòu)性合適的設(shè)計(jì)，特別是在預(yù)先確定為此設(shè)計(jì)組件的流動(dòng)路徑和尺寸方面，適宜 地對(duì)各自催化部件的區(qū)域中濃縮有氫氣的氣流的流動(dòng)特性和點(diǎn)火特性加以利用。在此，流 入的氫氣在反應(yīng)的啟動(dòng)階段，也在較低的溫度下，通過(guò)催化的特別有效的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 在優(yōu)選較少量時(shí)實(shí)現(xiàn)快速升溫，并且因此使得催化反應(yīng)進(jìn)一步加速以及進(jìn)而建立周圍的邊 界層。
在此基于這種認(rèn)識(shí)，在所述類型的催化復(fù)合器中，其中，例如由于煙囪效應(yīng)或類似 物，使得氣流以規(guī)定的流動(dòng)速度沿著催化劑部件在其上引導(dǎo)，并且進(jìn)而可以開(kāi)始并且維持 復(fù)合反應(yīng)，在催化劑的平衡狀態(tài)中，也就是說(shuō)特別在自然對(duì)流的運(yùn)行狀態(tài)中，優(yōu)選地在薄片 狀的流動(dòng)區(qū)域中，現(xiàn)在可以利用快速結(jié)束的復(fù)合反應(yīng)來(lái)制造更厚的邊界層，并且因此實(shí)現(xiàn) 了在氣流中直接相鄰于催化活性表面的氫氣成分的衰竭。這是因?yàn)楝F(xiàn)在在催化劑的平衡 狀態(tài)中當(dāng)溫度升高時(shí)在催化劑上的非?？焖俚膭?dòng)力的復(fù)合反應(yīng)；以及同時(shí)被限定的氣體擴(kuò) 散過(guò)程，其直接在催化活性表面的邊界區(qū)域中對(duì)著引導(dǎo)經(jīng)過(guò)的氣流，由于在那里一起運(yùn)送 的氫氣與氧氣的轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致了緊鄰于催化劑的氫氣成分和氧氣成分的局部的貧化，(和在 一定程度上導(dǎo)致了保護(hù)層的建立)。
該裝置因此以合適的方式這樣確定尺寸，特別是在濃度提升階段中，在還未能夠 點(diǎn)燃的混合物中，已經(jīng)在給定點(diǎn)火區(qū)域中實(shí)現(xiàn)了快速并且均勻的加熱，催化反應(yīng)的動(dòng)力隨 之被相應(yīng)地加速，并且因此高效地圍繞著高溫-給定點(diǎn)火區(qū)域鋪設(shè)了完整的濃縮-保護(hù)層。
通過(guò)催化的復(fù)合反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量相應(yīng)地加熱了催化劑，當(dāng)本身在貧化的區(qū)域中 還存在有在催化劑部件中起控制作用的溫度方面的、對(duì)于點(diǎn)火來(lái)說(shuō)是充分的混合氣體的氫 氣成分時(shí)，該熱量也就可以在這種平衡狀態(tài)中僅僅隨后導(dǎo)致了環(huán)流的氣流的點(diǎn)火。這可以 在所期望的點(diǎn)火開(kāi)始時(shí)在保持得特別短的點(diǎn)火延遲時(shí)間中以下述方式得到利用，即通過(guò)組 件合適的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)，在為此預(yù)設(shè)的區(qū)域中、也就是說(shuō)在給定點(diǎn)火區(qū)域中，在自然對(duì)流的運(yùn) 行期間就已經(jīng)將溫度設(shè)定或維持在氫氣的點(diǎn)火溫度之上，也就是說(shuō)在560°C之上。一旦未顯 著貧化的、并且因此具有點(diǎn)火能力的混合氣體足夠接近地到達(dá)各自的區(qū)域，則在此在無(wú)值 得注意的延遲時(shí)間的情況下，實(shí)現(xiàn)在這種具有超臨界條件的區(qū)域中點(diǎn)火。當(dāng)溫度更高時(shí)還 需要注意的是，點(diǎn)火區(qū)域還會(huì)擴(kuò)大到氫氣混合物的下部的和上部的點(diǎn)火極限，并且進(jìn)而可 觀察到提早點(diǎn)火的輕微的趨勢(shì)。
點(diǎn)火在此可以特別地通過(guò)氣體移動(dòng)過(guò)程而引發(fā)，其結(jié)果是，具有點(diǎn)火能力的混合 氣體到達(dá)各自的給定點(diǎn)火區(qū)域鄰近的環(huán)境中。通過(guò)以“超臨界的”狀態(tài)的方式在給定點(diǎn)火 區(qū)域中設(shè)定所述的條件，系統(tǒng)在這個(gè)區(qū)域中因此快速并且靈敏地對(duì)每種類型的氣體移動(dòng)過(guò) 程作出反應(yīng)，從而快速且安全地引發(fā)已經(jīng)在前部地帶中顯示出的大范圍的干擾的點(diǎn)火。
在給定點(diǎn)火區(qū)域中的表面溫度的預(yù)設(shè)的設(shè)定在此特別可以通過(guò)各自的催化劑部 件和相鄰組件合適的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此特別可以考慮的是根據(jù)設(shè)計(jì)在對(duì)流進(jìn)行期間 由于復(fù)合反應(yīng)所釋放的、對(duì)催化劑部件進(jìn)行加熱的熱量，和相應(yīng)的散熱，特別是以輻射熱的 形式，以及通過(guò)直接耦合的組件的熱傳導(dǎo)。設(shè)定的溫度可以在此特別地通過(guò)選擇各自的組 件合適的幾何形狀和尺寸，在各自的導(dǎo)熱性能方面被適宜地施加影響。系統(tǒng)在此可能根據(jù) 需求在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中為了可靠地設(shè)定所述的表面溫度而設(shè)有附加供熱。對(duì)于特別高的運(yùn)行安全性來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)然而有利地設(shè)計(jì)為完全惰性的系統(tǒng)，其中設(shè)定的溫度基本上通 過(guò)在復(fù)合反應(yīng)中釋放的熱量和相應(yīng)的傳導(dǎo)而在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中給出。
有利的是，系統(tǒng)在此這樣來(lái)設(shè)計(jì)，即在給定點(diǎn)火區(qū)域中，在對(duì)流進(jìn)行中當(dāng)環(huán)境條件 為大約1巴和100°c時(shí)和當(dāng)流入氣流中的氫氣體積百分濃度大于5%時(shí)，產(chǎn)生在600°C和 900°C之間的表面溫度。
為了確保在殼體內(nèi)部中的足夠高的溫度，有利地在殼體內(nèi)布置了至少三個(gè)、優(yōu)選 為至少十個(gè)催化劑部件。
為了產(chǎn)生可靠的復(fù)合反應(yīng)，以優(yōu)選的方式合適地來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)或各個(gè)催化劑部件。
對(duì)此特別的是，這個(gè)或各個(gè)催化劑部件分別具有由多孔的材料、優(yōu)選由Al2O3所 制成的催化活性區(qū)域，其中多孔的材料在其它有利的設(shè)計(jì)方案中作為陶瓷的修補(bǔ)基面涂 層_孔系統(tǒng)，并在一定條件下附加地帶有合適的蝕刻涂層_附著層以實(shí)現(xiàn)充分的耐磨性，而 涂覆在合適的載體上，優(yōu)選地涂覆在薄的、帶有Al-成分的金屬載體上。由此可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)表 面的有助于催化效應(yīng)的擴(kuò)大，優(yōu)選地以大于1000因數(shù)的方式，特別有利地以大于10000因 數(shù)的方式。此外，催化活性區(qū)域的多孔材料在另外的有利的設(shè)計(jì)方案中摻雜有催化劑材料、 優(yōu)選地?fù)诫s有Pt和/或Pd，其中適宜的為了避免由于催化劑毒素或類似物所引起的減活化 作用，而盡可能均質(zhì)地也設(shè)計(jì)Pt和/或Pd分布在孔系統(tǒng)的位于更深位置的區(qū)域中。
為了實(shí)現(xiàn)特別有利的催化效應(yīng)，在此為貴金屬濃度有利地設(shè)計(jì)了從2至10的、特 別是直至25g/m2的過(guò)度摻雜量。在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中，摻雜量有利地高于在其余的催 化活性區(qū)域中的摻雜量。
催化的活性材料、特別是鉬和/或鈀，可以摻雜到封閉的金屬載體上、多孔載體 上，或也可以摻雜到陶瓷載體上，例如球體或粒狀物上，并且作為散料安設(shè)在合適的金屬的 框架-支承結(jié)構(gòu)之內(nèi)。
帶有催化活性貴金屬的涂層密度在此也可以局部地和特別是通過(guò)通流高度可變 化地保持，從而在復(fù)合反應(yīng)方面還由此可以對(duì)地點(diǎn)和設(shè)定的表面溫度的高低產(chǎn)生影響以及 因此也可以對(duì)給定點(diǎn)火區(qū)域的環(huán)境產(chǎn)生影響。
有利的是，例如可以以這種方式來(lái)對(duì)催化劑部件的流入?yún)^(qū)域中的給定點(diǎn)火區(qū)域進(jìn) 行定位。例如在此可以在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中實(shí)現(xiàn)升高催化劑材料的、特別有利的是來(lái) 自于兩個(gè)催化部件Pt和Pd的濃度。
有利的是，催化劑部件主要布置在復(fù)合器部件的下部區(qū)域中，從而通過(guò)由于復(fù)合 過(guò)程而積累的熱量對(duì)煙 效應(yīng)形成支持，并且進(jìn)而特別對(duì)殼體內(nèi)部的對(duì)流流動(dòng)形成支持。 以有利的方式并且為了特別有利的流動(dòng)比例，復(fù)合器部件在其流入?yún)^(qū)域中具有自由的橫截 面面積、也就是說(shuō)可由氣流自由地通流過(guò)的橫截面面積在整體-橫截面面積中的部分，其 大于40%、優(yōu)選的大于90%。通過(guò)一個(gè)以薄膜技術(shù)的實(shí)施方式，在此可以實(shí)現(xiàn)直至98%的 特別有利的自由的橫截面面積。
此外，裝置在有利的設(shè)計(jì)方案中利用少量的催化劑物料和不在催化區(qū)域中的非催 化的殼體部分的僅僅減少的加熱而這樣確定尺寸，即特別在濃度提升階段中或者已經(jīng)在還 未能夠點(diǎn)燃的混合物中，實(shí)現(xiàn)了快速的均勻的加熱，催化反應(yīng)隨之被相應(yīng)地加速，并且因此 可以在流入?yún)^(qū)域中高效地圍繞著給定點(diǎn)火區(qū)域的高溫區(qū)域而鋪設(shè)有完整的濃縮-保護(hù)層。
為了對(duì)煙囪效應(yīng)形成支持并且因此為了實(shí)現(xiàn)特別穩(wěn)定的流動(dòng)比例，有利地將高爐爐身的深度與高爐爐身的高度之間的比例設(shè)計(jì)為大約1 3至1 5。復(fù)合器部件的總高 度在此可以例如是0. 3m至3m。
復(fù)合器部件的催化劑部件優(yōu)選地設(shè)計(jì)為催化劑板，其中該催化劑板優(yōu)選地主要垂 直對(duì)齊從而有利于導(dǎo)流。催化劑部件優(yōu)選地彼此間隔開(kāi)大約0. 5cm至3cm，并且大約與殼體 的底部邊緣以相同高度來(lái)布置，然而有利地以其底部邊緣大約或直至10cm(高于殼體的底 部邊緣)布置。單個(gè)的催化劑部件之間的間距也可以改變，從而當(dāng)間距較小時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的 反應(yīng)度，并且因此實(shí)現(xiàn)局部較高的溫度。該參數(shù)因此也可以被考慮用于導(dǎo)溫和給定點(diǎn)火區(qū) 域的預(yù)設(shè)?？商鎿Q或附加的是，可以通過(guò)催化活性表面的局部升高的安裝密度來(lái)產(chǎn)生所謂 的熱點(diǎn)、也就是說(shuō)溫度升高的區(qū)域，以便限定給定點(diǎn)火區(qū)域。
為了實(shí)現(xiàn)特別可靠的點(diǎn)火開(kāi)始，催化劑板有利地設(shè)計(jì)為薄部件或以薄膜的結(jié)構(gòu)形 式來(lái)設(shè)計(jì)，并具有小于Imm的壁厚、優(yōu)選地小于0. 2mm的壁厚，部分地也還顯著地更小。由 于隨之出現(xiàn)的相對(duì)較小的局部熱的遲緩，在此特別在瞬間過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)特別是自發(fā)的催化 的混合物衰竭以及局部的溫度升高，從而恰好也在瞬間的混合物變化時(shí)可以特別有效地確 保所期望的點(diǎn)火功能。
通過(guò)薄膜技術(shù)的應(yīng)用以及合適的催化合成可以確保，例如在瞬間的濃度變化中， 在例如3%的氫氣體積百分比之上的范圍中，在催化劑部件處的表面溫度提升速度設(shè)定為 在30s之內(nèi)、優(yōu)選地在< IOs之內(nèi)>50°C/%H2。此外，在給定點(diǎn)火區(qū)域中可以這樣設(shè)計(jì)和 布置催化劑部件，即在瞬間地供應(yīng)氫氣(從實(shí)際的0%到自發(fā)的>6%、優(yōu)選地>8%的體積 百分比)時(shí)，短暫地且部分地并不實(shí)現(xiàn)完全有效的濃度保護(hù)層的合成，并且出于安全方面 的原因?qū)崿F(xiàn)了提早的點(diǎn)火。
這種催化的氫氣_分解可以當(dāng)氫氣體積百分濃度> 8至10%時(shí)，當(dāng)相應(yīng)高的蒸 汽-CO2成分為例如大約40%的體積百分比時(shí)，當(dāng)> 50-55蒸汽-CO2成分時(shí)，也當(dāng)氫氣體積 百分濃度> 10%時(shí)，優(yōu)選地得以實(shí)現(xiàn)。裝置的二元性效應(yīng)也在這種蒸汽惰化的區(qū)域中，當(dāng) 大約>55%的體積百分比的蒸汽-CO2成分時(shí)被證實(shí)為是有利的，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)無(wú)焰氧化已 經(jīng)可以完全地分解氫氣，并可以同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的高的溫度位(Temperaturpotentiale)，例 如> 600°C，然而特別在從點(diǎn)火條件出發(fā)是更困難的上部的點(diǎn)火極限處，也可以產(chǎn)生直至> 900°C的溫度位。通過(guò)這種高溫可以對(duì)點(diǎn)火區(qū)域中的由于高蒸汽成分而出現(xiàn)的升高的熱傳 導(dǎo)進(jìn)行補(bǔ)償，并且也在這些條件下實(shí)現(xiàn)安全的點(diǎn)火。
通過(guò)這種特殊的復(fù)合裝置與反應(yīng)堆防事故外殼噴射系統(tǒng)的運(yùn)行的組合，可以在蒸 汽惰化的區(qū)域中通過(guò)噴射和產(chǎn)生的復(fù)合對(duì)流流體而實(shí)現(xiàn)大氣的強(qiáng)化的混合，以及同時(shí)實(shí)現(xiàn) 氫氣-成分的減少。由此特別地，具有用于燃燒加速(Flammbeschleunigung)的適宜的位勢(shì) 可能的臨界的高濃度云團(tuán)短暫地與剩余的大氣混合，并且不同的高溫_給定點(diǎn)火區(qū)域還進(jìn) 一步被帶到統(tǒng)一的水平。在此，特別顯著的高溫可以設(shè)定在> 700°C、優(yōu)選地> 800°C的給 定點(diǎn)火區(qū)域中。通過(guò)合適的探測(cè)器還可以直接地并且典型地測(cè)定高溫-給定點(diǎn)火區(qū)域的溫 度，以及氫氣控制策略、也就是說(shuō)特別是反應(yīng)堆防事故外殼_噴射系統(tǒng)的激活和/或控制， 在該信息的基礎(chǔ)上相應(yīng)地達(dá)到效果。該裝置還通過(guò)顯著的高溫區(qū)域，也當(dāng)出現(xiàn)了高的氣體 速度(例如>50m/s和更高)時(shí)提供了可靠的自發(fā)的點(diǎn)火。在此出現(xiàn)的(通過(guò)高密度流入 的更冷的環(huán)境大氣引起的)冷卻效果可以通過(guò)物料的當(dāng)前的加熱而在裝置的內(nèi)部中安全 地補(bǔ)償。[0042]在特別有利的設(shè)計(jì)方案中，在氣流方面，連接在催化活性區(qū)域下游的催化非活性 區(qū)域被設(shè)計(jì)為給定點(diǎn)火區(qū)域。在此，在催化活性區(qū)域中積累的熱量適宜地在下游的非活性 區(qū)域中傳導(dǎo)。在此基于這種考慮，在催化活性表面區(qū)域的流出區(qū)域中，基于預(yù)先的復(fù)合反應(yīng) 總會(huì)存在有衰竭的氣流。僅僅是對(duì)于這種情況，即在短時(shí)間內(nèi)積累了相對(duì)較大的、以氫氣濃 縮的氣體量，也就是說(shuō)例如由于在安全容器內(nèi)的氣體移動(dòng)過(guò)程，能夠點(diǎn)燃的混合氣體一直 到達(dá)這個(gè)區(qū)域中，從而確保了特別滿足需求的引發(fā)點(diǎn)火。復(fù)合裝置有利地這樣設(shè)計(jì)，即例如 實(shí)現(xiàn)了在給定點(diǎn)火區(qū)域中的氣體速度的自發(fā)的加倍，優(yōu)選地到5m/s，當(dāng)部分的催化劑區(qū)域 溫度> 560°C (優(yōu)選地> 600°C)時(shí)，并且進(jìn)而適宜地實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火功能的激活。
在復(fù)合器部件附加的或可替換的有利的設(shè)計(jì)方案中，在這個(gè)或這些催化劑部件之 前在氣流方面連接了用于匯聚流體的裝置。因此可以確保，外部的氣體移動(dòng)過(guò)程在安全外 殼中以合適地匯聚和增強(qiáng)的方式，在催化劑部件的流入氣體中或特別地在給定點(diǎn)火區(qū)域中 產(chǎn)生，從而恰好在這種情況下使得給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中氣體流動(dòng)中的貧化區(qū)域破裂，并 且可靠地引發(fā)點(diǎn)火。匯聚在此可以通過(guò)合適的導(dǎo)流片或另外的轉(zhuǎn)向裝置，通過(guò)用于產(chǎn)生渦 流的裝置，通過(guò)螺旋形的管導(dǎo)片(Konfusoren)和/或通過(guò)橫截面-減少來(lái)實(shí)現(xiàn)或得到支 持。特別的是，這種裝置可以在所有的主方向上在殼體的下部部分中，垂直地或水平地布置 在殼體上或者也可以集成地布置在催化劑部件中。催化劑裝置還可以與完全封閉或部分封 閉的管路-或通道系統(tǒng)相連接。通過(guò)供給(Aufgabe)壓力脈沖，在此可以通過(guò)這樣的管件， 例如也與噴射器組合起來(lái)，為了吸入外界空氣，適宜地在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中提高氣體 速度并且根據(jù)需要引發(fā)點(diǎn)火。
優(yōu)選的是，復(fù)合器部件使用在核技術(shù)設(shè)備的安全系統(tǒng)中。
利用本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)特別在于，通過(guò)提供給定點(diǎn)火區(qū)域，利用在對(duì)流進(jìn)行中超 臨界的、也就是說(shuō)在位于氫氣的點(diǎn)火溫度之上的表面溫度，適宜地可以將這樣的認(rèn)識(shí)應(yīng)用 于確保特別可靠的和快速的點(diǎn)火過(guò)程，即在催化劑附近形成了具有衰竭的氫氣成分的邊界 層。當(dāng)衰竭層由于流動(dòng)比例而破裂時(shí)，則點(diǎn)火可以在這樣一種系統(tǒng)中特別地隨之被快速且 可靠地引發(fā)。這特別地是指這種情況，即壓力脈沖或氣體移動(dòng)過(guò)程在復(fù)合器部件的流入?yún)^(qū) 域中或者在給定點(diǎn)火區(qū)域的范圍中產(chǎn)生高的氣體流動(dòng)速度，從而使在緊鄰于催化表面處的 氣體層以衰竭的或減少的氫氣成分而破裂。由此，現(xiàn)在不能或僅僅只能少量地實(shí)現(xiàn)衰竭的 氣體與相對(duì)較熱的催化劑部件表面的直接的接觸，從而由此可靠地引發(fā)了在該空間區(qū)域中 的點(diǎn)火。
因此，復(fù)合器部件特別在安全系統(tǒng)中可以良好地使用，在其中，在單個(gè)的復(fù)合器之 間的串?dāng)_效應(yīng)(其中在一個(gè)復(fù)合器中通過(guò)由另一個(gè)復(fù)合器實(shí)現(xiàn)的焰鋒而引發(fā)了點(diǎn)火)在與 之相聯(lián)系的不穩(wěn)定性方面應(yīng)該被避免。由于當(dāng)緩慢的爆燃時(shí)，具有相對(duì)較長(zhǎng)的振蕩延續(xù)時(shí) 間和相應(yīng)的焰鋒的較低振幅的、在此所產(chǎn)生的壓力波向前運(yùn)動(dòng)，也就在出現(xiàn)焰鋒之前，由于 在此產(chǎn)生作用的氣體移動(dòng)過(guò)程而在復(fù)合器中引發(fā)了點(diǎn)火。緊湊的可燃?xì)怏w供應(yīng)因此導(dǎo)致了 局部的復(fù)合器裝置的過(guò)度供應(yīng)(Ueberspeisimg)和在加熱面的邊界層區(qū)域中的濃度衰竭 和在相界上導(dǎo)致了邊界層干擾，從而引起了附加的另外的對(duì)流流動(dòng)，以及能夠?qū)崿F(xiàn)安全的 點(diǎn)火。因此，在進(jìn)一步提高濃度之前確保了臨界的區(qū)域的安全點(diǎn)火，其中，以多米諾骨牌效 應(yīng)或多米諾骨牌點(diǎn)火的形式，從第一復(fù)合器裝置出發(fā)，在相鄰的或在流體方面連接的復(fù)合 器裝置中安全地引發(fā)了點(diǎn)火。串?dāng)_的和未受控制的流動(dòng)比例可以由此安全地被避免，從而實(shí)現(xiàn)需要被承受的負(fù)載的最小化。
相應(yīng)地，該系統(tǒng)可以在其整體上來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于氫氣分解的催化功能，其中 在相對(duì)較多的情況下，也就是說(shuō)特別當(dāng)體積百分濃度低于8-10%時(shí)，并且在相應(yīng)的蒸汽濃 度中，在放棄點(diǎn)火的情況下可以僅僅催化地實(shí)現(xiàn)氫氣分解。當(dāng)濃度較高時(shí)，點(diǎn)火和燃燒過(guò)程 最初在濃縮區(qū)域或啟動(dòng)區(qū)域中通過(guò)緩慢的爆燃來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中在相鄰的裝置中安全的點(diǎn)火過(guò) 程由于在燃燒波(Verbrenrumgswellen)或焰鋒之前間隔開(kāi)的氣體移動(dòng)過(guò)程而開(kāi)始。


參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖中示出
圖1示出了用于混合氣體中的氫氣和氧氣復(fù)合的安全系統(tǒng)，
圖2以縱截面圖示出了催化復(fù)合器，和
圖3以側(cè)視圖示出了根據(jù)圖2的復(fù)合器。
具體實(shí)施方式
相同的部件在所有的附圖中以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)注。
根據(jù)圖1的安全系統(tǒng)1設(shè)計(jì)用于氫氣的復(fù)合，該氫氣處于混合氣體中，也就是處于 核技術(shù)設(shè)備的、在圖1中簡(jiǎn)要示出的安全容器2的反應(yīng)堆防事故外殼-大氣中。安全系統(tǒng) 1包括多個(gè)布置在安全容器2之內(nèi)的催化復(fù)合器部件4，這些部件中的每一個(gè)在催化路徑上 引發(fā)了在流過(guò)的氣流中被一起運(yùn)送的氫氣與包含在反應(yīng)堆防事故外殼-大氣中的氧氣的 復(fù)合反應(yīng)。
對(duì)此，每個(gè)熱復(fù)合器部件4 (如在圖2中的放大的視圖中可看到地)都包括多個(gè)布 置在殼體6中的催化劑部件8。在圖2中出于簡(jiǎn)明的原因可看到四個(gè)催化劑部件8，其中在 實(shí)施例中但特別地在一個(gè)共同的殼體6中布置了十個(gè)或更多的催化劑部件8。催化劑部件 8在此分別具有以合適地選擇的材料、例如鈀和/或鉬制成的表面，其在鄰接的混合氣體中 是這種情況，即這種混合氣體包含例如一定的體積百分比的重要的氫氣成分，而和在大氣 的氣體中所包含的氧氣發(fā)生了催化的復(fù)合反應(yīng)。在此，氫氣與氧氣在形成水的情況下發(fā)生 了放熱反應(yīng)。通過(guò)這種放熱反應(yīng)，催化劑部件8就其那一方面而言被加熱，從而由于由此產(chǎn) 生的溫度落差而從下向上在周圍的氣體空間中產(chǎn)生了對(duì)流流動(dòng)。
為了通過(guò)所謂的煙囪效應(yīng)而對(duì)這種對(duì)流流動(dòng)加以支持，各個(gè)復(fù)合器部件4的、圍 繞催化劑部件8的殼體6特別設(shè)計(jì)為煙@形狀，并且為了使得由此產(chǎn)生的對(duì)流流動(dòng)變得更 加容易，這些催化劑部件8基本上設(shè)計(jì)為板狀的并且彼此平行地布置。此外，復(fù)合器部件4 的總高度大約為3m，并且高爐爐身的深度與高爐爐身的高度之間的比例設(shè)計(jì)為大約1 3 至1 5。在用于氣流的流入?yún)^(qū)域10中，復(fù)合器部件4還具有一部分可自由通流的、也就 是說(shuō)并不由裝配部件所阻礙的橫截面面積，其大約為90%。在整體而言，由這些組件構(gòu)成 的復(fù)合器部件4因此具有結(jié)構(gòu)上的特性，這些特性當(dāng)安全容器2的大氣氣體中存在有氫氣 時(shí)，自動(dòng)地啟動(dòng)了催化復(fù)合過(guò)程，并且通過(guò)對(duì)流流動(dòng)的支持效應(yīng)根據(jù)煙 效應(yīng)而維持，以及 促使大氣進(jìn)一步充分混合，直至氫氣充分地分解為止。
催化劑部件8分別具有一個(gè)由多孔的材料、特別地由A1203所制成的催化活性區(qū) 域12。該多孔的材料在此作為陶瓷的修補(bǔ)基面涂層_孔系統(tǒng)，并附加地帶有合適的蝕刻涂層-附著層以實(shí)現(xiàn)充分的耐磨性，涂覆在帶有A1-成分的、合適的薄的金屬載體上。由此確 保了內(nèi)表面的有助于催化效應(yīng)的擴(kuò)大，以大于因數(shù)10000的方式。催化活性區(qū)域12的多孔 的材料在此摻雜有催化劑材料、特別地?fù)诫s有Pt和/或Pd，其中為了避免由于催化劑毒素 或類似物所引起的減活化作用，而盡可能均質(zhì)地也設(shè)計(jì)Pt和/或Pd分布在孔系統(tǒng)的位于 更深位置的區(qū)域中。
為了實(shí)現(xiàn)特別有利的催化效應(yīng)，在此為貴金屬濃度設(shè)計(jì)了直至25g/m2的過(guò)度摻雜量。
安全系統(tǒng)1在其整體上而言設(shè)計(jì)用于，當(dāng)存在多個(gè)可能的干擾情況時(shí)，在也包含 有相對(duì)而言未必是真實(shí)的極端干擾條件的情況下，確保在此可能在安全容器2的大氣中所 產(chǎn)生的氫氣的安全和可靠的復(fù)合。為此，安全系統(tǒng)1設(shè)計(jì)用于分解氫氣，并且重點(diǎn)在于催化 的復(fù)合，其中在需要的情況下并且特別是局部限制性補(bǔ)充地也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能夠點(diǎn)燃的混合氣 體的點(diǎn)火。催化的復(fù)合器部件4在其組件的形式、定位和尺寸方面主要這樣設(shè)計(jì)，即當(dāng)混合 氣體中的氫氣濃度達(dá)到大約6體積百分比或根據(jù)需要也達(dá)到大約8體積百分比時(shí)，當(dāng)較高 的蒸汽濃度直至> 10Vol%時(shí)則還未實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，而是通過(guò)催化地引發(fā)的復(fù)合反應(yīng)在催化劑 部件8的表面上實(shí)現(xiàn)了氫氣分解。
對(duì)于更高的氫氣濃度來(lái)說(shuō)相反地補(bǔ)充地設(shè)計(jì)為，催化劑部件8由于通過(guò)催化的復(fù) 合反應(yīng)所釋放的熱能而這樣地加熱，其溫度以為此預(yù)設(shè)的給定點(diǎn)火區(qū)域20 (該點(diǎn)火區(qū)域優(yōu) 選地直接處于催化劑的流入?yún)^(qū)域中)上所謂的“熱點(diǎn)”形式，處于混合氣體的點(diǎn)火溫度之 上，并且因此對(duì)混合氣體的點(diǎn)火產(chǎn)生支持，其以惰性的系統(tǒng)的形式自動(dòng)地引發(fā)了復(fù)合過(guò)程。 在此，通過(guò)在殼體6之內(nèi)的、特別是催化劑部件8之內(nèi)的裝配部件的布置、結(jié)構(gòu)和尺寸，在 考慮到在復(fù)合反應(yīng)中釋放的熱量和熱傳導(dǎo)的情況下，由于輻射熱或也以通過(guò)單個(gè)組件的熱 傳導(dǎo)的形式來(lái)這樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在各個(gè)復(fù)合器部件4的對(duì)流進(jìn)行中的參考條件下，當(dāng)周圍環(huán) 境條件為大約1巴和100°C時(shí)和當(dāng)催化劑部件8中的流入氣流中的氫氣體積百分濃度大于 5 %時(shí)，給定點(diǎn)火區(qū)域20中的表面溫度設(shè)定為在600 V和900 V之間，也就是說(shuō)大約為560 V 的氫氣的點(diǎn)火溫度。
在復(fù)合器部件4的這個(gè)設(shè)計(jì)方案中考慮到這樣的認(rèn)識(shí)，即那些可以部分地也局部 由金屬覆蓋的各個(gè)催化劑部件8在催化的復(fù)合運(yùn)行中，也就是說(shuō)在當(dāng)前的自然對(duì)流中，由 需要處理的氣流進(jìn)行環(huán)流，其中在緊鄰于催化劑部件8的催化表面處，由于進(jìn)行中的復(fù)合 反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)了氣流中的氫氣成分的衰竭。在自然對(duì)流的狀態(tài)中，催化劑部件8因此以層狀 氣流的形式直接與衰竭的氣體接觸，其中在距離更遠(yuǎn)的空間區(qū)域中存在帶有氫氣成分相應(yīng) 升高了的未衰竭的氣體。在自然對(duì)流的這種狀態(tài)中因此通過(guò)衰竭的氣體層使得點(diǎn)火效應(yīng)減 弱，該點(diǎn)火效應(yīng)可由加熱的催化劑材料施加于周圍的氣流。
這種效應(yīng)在復(fù)合器部件4中用于，在需要的情況下，也就是說(shuō)特別在自然對(duì)流的 狀態(tài)中，以超臨界方式的形式來(lái)操縱給定點(diǎn)火位置20，其中原本處于點(diǎn)火極限之上的表面 溫度起控制作用。在這樣一種狀態(tài)中，該系統(tǒng)因此相對(duì)靈敏地對(duì)于流動(dòng)比例的干擾(其中 對(duì)于這種情況，即接觸了過(guò)熱的表面部分的、衰竭的氣體層發(fā)生破裂，并且未衰竭的氣體能 夠到達(dá)該表面部分)自發(fā)地基于升高的溫度引發(fā)了點(diǎn)火。因此通過(guò)系統(tǒng)的這個(gè)設(shè)計(jì)方案， 在緊鄰于催化劑部件8的附近區(qū)域中干擾了流動(dòng)比例的壓力脈沖或氣體移動(dòng)過(guò)程中，可以 自發(fā)地并且在無(wú)值得注意的點(diǎn)火延遲時(shí)間的情況下引發(fā)點(diǎn)火。因此特別可以對(duì)下述情況來(lái)說(shuō)確保自動(dòng)的和惰性的點(diǎn)火，即在安全容器2內(nèi)出現(xiàn)了壓力脈沖，從而在已經(jīng)出現(xiàn)在可能 地顯示出的干擾情況或類似物的前部地帶中可以引發(fā)可靠的點(diǎn)火。
為了還進(jìn)一步提高系統(tǒng)相對(duì)于壓力脈沖或氣體移動(dòng)過(guò)程或類似物的靈敏度以及 進(jìn)而提高要開(kāi)始的點(diǎn)火的可靠性和安全性，可以在單個(gè)的催化劑部件8中在前連接有合適 的、用于匯聚流體的裝置，其有利于或加強(qiáng)了在給定點(diǎn)火區(qū)域20上出現(xiàn)的壓力脈沖或氣流 的適宜的導(dǎo)向。為此，如在圖3的圖示中可看到地，可以為布置在殼體6中的催化劑部件8 設(shè)置導(dǎo)流片22、導(dǎo)向片24、漩渦或渦流發(fā)生器26或另外的合適的裝置或管導(dǎo)片來(lái)作為用于 導(dǎo)流的裝置，利用這些裝置將出現(xiàn)的壓力脈沖適宜地引導(dǎo)至臨近于給定點(diǎn)火區(qū)域的空間區(qū) 域。
參考標(biāo)號(hào)表
1安全系統(tǒng)
2安全容器
4復(fù)合器部件
6 殼體
8催化劑部件
10流入?yún)^(qū)域
12活性區(qū)域
20給定點(diǎn)火區(qū)域
26渦流發(fā)生器
權(quán)利要求
一種復(fù)合器部件(4)，具有多個(gè)布置在共同的殼體(6)中的催化劑部件(8)，當(dāng)氫氣在流入氣流中被一起運(yùn)送時(shí)，所述催化劑部件分別觸發(fā)與氧氣的復(fù)合反應(yīng)，其中所述殼體(6)以煙囪形式包圍布置在其中的所述催化劑部件(8)，從而在所述復(fù)合反應(yīng)中釋放的熱量通過(guò)對(duì)流促進(jìn)了所述殼體(6)內(nèi)的氣體流動(dòng)，以及其中至少一個(gè)布置在所述殼體(6)內(nèi)的所述催化劑部件(8)具有給定點(diǎn)火區(qū)域(20)，其中在對(duì)流進(jìn)行中當(dāng)環(huán)境條件為大約1巴和100℃時(shí)和當(dāng)所述流入氣流中的氫氣體積百分濃度大于5％時(shí)產(chǎn)生高于560℃的表面溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合器部件(4)，其中在所述給定點(diǎn)火區(qū)域(20)中，在所述 對(duì)流進(jìn)行中當(dāng)環(huán)境條件為大約1巴和100°C時(shí)和當(dāng)所述流入氣流中的氫氣體積百分濃度大 于5%時(shí)產(chǎn)生在600°C和900°C之間的表面溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的復(fù)合器部件(4)，其中在所述殼體(6)內(nèi)布置了至少三 個(gè)、優(yōu)選為至少十個(gè)催化劑部件(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，其中所述或各個(gè)催化劑部件 (8)分別具有由多孔的材料、優(yōu)選由Al2O3所制成的催化活性區(qū)域(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的復(fù)合器部件(4)，其中所述催化活性區(qū)域(12)的所述多孔的 材料摻雜有催化劑材料、優(yōu)選地?fù)诫s有Pt和/或Pd。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至5中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，所述復(fù)合器部件在其流入?yún)^(qū) 域中具有大于40%的、優(yōu)選大于90%的自由的橫截面面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1至6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，所述復(fù)合器部件的催化劑部 件(8)設(shè)計(jì)為催化劑板。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的復(fù)合器部件(4)，其中所述催化劑板設(shè)計(jì)為具有壁厚小于Imm 的、優(yōu)選地壁厚小于0. 2mm的薄部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1至8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，其中在所述給定點(diǎn)火區(qū)域 (20)的范圍中設(shè)有與其它的催化活性區(qū)域(12)相比提高的催化劑材料的積聚程度。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1至9中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，其中在氣流方面，連接在催 化活性區(qū)域(12)下游的催化惰性區(qū)域設(shè)計(jì)為給定點(diǎn)火區(qū)域(20)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1至10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，在一個(gè)或多個(gè)所述催化劑 部件(8)之前在氣流方面連接了用于匯聚流體的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1至12中任一項(xiàng)所述的復(fù)合器部件(4)，其中催化劑部件群在流入 區(qū)域中被這樣地確定尺寸和布置，即在瞬間的濃度變化時(shí)，例如氫氣的體積百分比在3%之 上，在所述催化劑部件上的表面溫度提升速度為在30s之內(nèi)、優(yōu)選地在IOs之內(nèi)大于50°C每 氫氣百分比。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合器部件(4)，具有多個(gè)布置在共同的殼體(6)中的催化劑部件(8)，當(dāng)氫氣在流入氣流中被一起運(yùn)送時(shí)，這些催化劑部件分別觸發(fā)與氧氣的復(fù)合反應(yīng)，其中殼體(6)以煙囪形式包圍布置在其中的催化劑部件(8)，從而在復(fù)合反應(yīng)時(shí)釋放的熱量通過(guò)對(duì)流促進(jìn)了殼體(6)內(nèi)的氣體流動(dòng)，該復(fù)合器部件即使在假設(shè)有相對(duì)極端的條件或情況下也以特別高的運(yùn)行安全性確保了從混合氣體中可靠地去除氫氣。另外根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)布置在殼體(6)內(nèi)的催化劑部件(8)具有給定點(diǎn)火區(qū)域(20)，其中在對(duì)流進(jìn)行中當(dāng)環(huán)境條件為大約1巴和100℃時(shí)，當(dāng)流入氣流中的氫氣的體積百分濃度大于5％時(shí)產(chǎn)生高于560℃的表面溫度。
文檔編號(hào)G21C19/317GKCN101896979SQ200880120624
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年11月27日
發(fā)明者理查德·貝茨, 貝恩德·?？ㄌ? 阿克塞爾·希爾 申請(qǐng)人:阿雷瓦核能有限責(zé)任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan