5 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Rekombi¬

^. nieren und/oder Zünden von Wasserstoff, enthalten in einem H ₂ -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 H ₂ -Luft-Dampf- Gemisch mit relativ hoher H ₂ -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 H ₂ -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 0 ₂ zu HLO unterworfen, b) ein zweiter Teilstrom des H ₂ -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 H ₂ -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 (0 ₂ -Überschuß, I-U-Mangel) von h -Luft-Dampf-Gemischen,

- r- -Zündung an der oberen Zündgrenze (L-Überschuß, 0 ₂ - Mangel) von H ₂ -Luft-Dampf-Gemischen,

- merkliche HU- und 0 ₂ - 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 H ₂ -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 H ₂ -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 Z ¹ bezeichnet und durch gestrichelte Linien angedeutet. Demgemäß würde ein erstes Kanalsystem

R ¹ 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 Z ¹ 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-% 0 ₂ 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 H ₂ - 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 H ₂ -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 700 ^β C 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 H ₂ -Anteil in der Größen¬ ordnung von 4 bis 7 % läuft bei geringem Dampfanteil ab. In einem H ₂ -Luft-Gemisch ohne Dampf kann mit dem Gerät im Bereich zwischen 4 bis 7 Vol.-% H ₂ gezündet werden. H_- Luft-Dampf-Gemische bis zu etwa 30 Vol.-% Dampf können bei einem H ₂ -Anteil von mindestens 8 Vol.-% katalytisch gezün¬ det werden. Ab 40 Vol.-% Dampf werden mehr als 10 Vol.-% H ₂ 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 H ₂ -Luft-Dampf-Gemisch verwirk- licht wird, für welches die folgenden Verfahrensmerkmale charakteristisch sind: a) ein erster Teilstrom fll des H ₂ -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 H ₂ und 0 ₂ zu H ₂ 0 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 H ₂ -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 H ₂ -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 H ₂ -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.