Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3703
Reinecke, Ernst-Arndt
Reaktionskinetische Untersuchungen zur Auslegung von katalytischen Wasserstoffrekombinatoren
115 S., 1999
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der experimentellen und theoretischen
Untersuchung der Reaktionskinetik der katalytischen Rekombinationsreaktion von
Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff reagiert an katalytisch beschichteten
Oberflächen bereits bei Umgebungstemperatur. Diese Tatsache macht man sich bei der
Verwendung sogenannter Rekombinatoren zunutze, um Wasserstoff in geschlossenen
Räumen zu entfernen und so die Gefahr einer Entzündung mit anschließender Detonation
zu verringern.
Die Experimente wurden unter Umgebungsdruck bei Temperaturen von bis zu 500 °C
durchgeführt. Dabei wurden Luftgemische mit bis zu 6 Vol.-% Wasserstoff und bis
zu 50 Vol.-% Wasserdampf verwendet. Als Substrate wurden sowohl überströmte Platten,
wie sie in bestehenden Rekombinatoren verwendet werden, als auch durchströmte Netze
aus Edelstahl untersucht.
Die Messungen an überströmten Platten führen zu einer Beschreibung der Reaktionskinetik
in Form eines lokalen Stoffübergangsgesetzes. Mit den gewonnenen Beziehungen können
in der Literatur veröffentlichte Meßergebnisse an bestehenden Systemen gut nachgerechnet
werden. Der Einsatz durchströmter Netze ermöglicht erheblich verbesserte Wirkungsgrade.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, einen Rekombinator modular und
somit anwendungsspezifisch auszulegen. Auch hier kann die Reaktionskinetik in Form
eines Stoffübergangsgesetzes formuliert werden.
Ein Nachteil heutiger Systeme besteht in der fehlenden Zündsicherheit. Bei großem
Wasserstoffangebot kann die Zündtemperatur erreicht und das Wasserstoff/Luft-Gemisch
entzündet werden. Mit Hilfe der gewonnenen Beziehungen sollen innovative
Rekombinatorsysteme ausgelegt werden, die unter allen denkbaren Bedingungen nicht
überhitzen können. Erreicht werden soll dies durch verbesserte Wärmeabfuhr- und
Wärmespeichereigenschaften der Systeme sowie durch eine gezielte Begrenzung der
katalytischen Aktivität.
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