监测和消除氢气的系统技术方案

本发明专利技术是用于在催化剂的帮助下控制和消除空气中的氢气和可燃气体。本系统包括一种装置，该装置由无源氢气复合器和一个控制探测器组成，其中其中使用了自由对流供给记录和进行消除气体混合物的部件，所述部件具有相同类型的构造，其中探测器可放置在复合器的内侧或外侧。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】监测和消除氢气的系统本专利技术的目的本专利技术涉及一种系统，基于该系统可以监测在空气中氢气的聚集和阻止在相同介质中氢气的聚集超过其4％(体积)的可燃性下限。该方法的进行是以氢气再化合过程中的最大参数为代价，也就是说，在更小的总尺寸具有更大的工作效力，并使用最少可能的催化材料。获得了氢气再化合的方法安全性，并具有最大氢气氧化效率(实际上100％)。氢气含量读数必须迅速降低，为了表征在最大体积中气体混合物的构造(structure)，以使氢气含量读数不依赖于外部条件，以及便于作为立即测量的最小数量的工作参数的浓度读数。在不同操作参数和环境的影响下，该装置的所有部件不应是易燃、或爆炸性气体混合物的点火或爆炸源。氢气监测和消除系统作为整体是在一复杂的装置中实现，该装置是必要的，以阻止氢气在空气中不同位置的聚集。该系统是用于在遇到紧急情况(由于空气中较大浓度的氢气造成)时迅速消除氢气，和作为一种迅速和安全的方法来测量含有氧气的气体介质中氢气的浓度。该阐述的装置是作为氢气工厂的标准冷却系统的附件(在正常条件下)，在供电中断引起的紧急情况下和在不可能有效使用冷却系统的条件下，该装置是作为基本装置。该装置由两个基本部件构成：——无源(passive)催化氢气复合器(RCP)；——热催化氢气探测器(DTC)。-->该热催化氢气探测器和无源催化氢气复合器装置是基于众所周知的氢气与加浓空气催化燃烧的原理，在利用热催化氢气探测器的情况下，为确定浓度，其读数是用于表示催化反应的热效应。该系统可作为一种安全的方法，防止在工业生产的一些部门着火引起爆炸，如那些氢气和可燃气体积聚达到爆炸浓度的部门，包括使用水冷反应堆的核电站、电化学工业以及气体泵送站等。与本专利技术相关的
技术介绍
人们知道催化探测器测量系统WS-85和复合器FR90-1500是来自SIEMENS公司，其基于德国专利DE3727207AL(1989)。已知的用于除去氢气的大多数催化装置是装备在导管中，其中催化固体是位于内部基面(特别是在FR90-1500中)。为指示在催化剂中氢气氧化放热反应的进程，对导管中的气体混合物进行加热。加热的气体，一旦通过导管膨胀，则使外部气体混合物恒定供给到复合器的基面(由于阿基米德原理的作用)。熟知的复合器(专利DE 372707 AL，1989)使用扁平金属模件和陶瓷板元件作为催化剂。为防止环境对催化剂可能的影响，罩(cover)的最外表面装备有额外的系统，这些系统仅在相关连事件发生时(温度或压力的提高)打开催化剂。使用热抽空系统以防止进气混合物可能的爆燃，爆燃是因催化剂过热发生的。复合器的罩是用来在环境氢气的氧化期间阻止催化剂过热。以这种方式，在开发氢气复合器的结构时，专利技术者们追求立即在催化剂的表面达到最佳的氢气氧化条件。因而，没有对所有过程考虑容差，容差是源于氢气到催化表面的传输(氢气在催化表面的扩散、在复合器罩内部的对流)。-->氢气复合器的高度规范的催化剂的几何结构导致形成稳定的边界层。由于边界层的存在，导致氢气通过该边界层的传递显著减少，因而导致氢气燃烧速率降低以及不完全燃烧。氢气的不完全燃烧可引起氢气和热空气的混合物在出口处爆燃，相对于氢气-空气混合物在复合器的有源模件(active modules)低端的燃烧，爆燃构成潜在的危险。对稳定的边界层来说，在该位置的氢气传递速度达到有效值(significant magnitudes)，因而基本上超过热传递。该因素也可由于局部过热导致催化剂涂层的破坏。另一方面，在催化剂壁形成稳定的边界层会导致氢气-空气流偏移到中心部分，这会引起作为整体的系统的气体动态阻力的增加。自然对流系统的气体动态阻力的数值决定了氢气-空气流通过催化剂的速率的效率和复合器的效率。因而，开发的氢气复合器在特定的燃烧速率并不是最佳的。使用了熟知的热催化氢气探测器，这些探测器涂有催化剂的热电阻、或催化剂材料的导线(由电流加热)并包括在测量装置中。在存在可以分析的可燃气体和氧气的混合物时，在传感器表面则有催化反应，该反应引起其加热。氢气存在的特征信号是传感器电阻的变化，这是由于催化剂温度的增加和由于测量装置中平衡的变化。当氧气过量时，反应速率与可燃气体的浓度线性相关。然而，加热的裸线在氢气爆燃比值下是不安全的。同样，一般不希望存在带电的裸线。为此原因，通常寻找与可分析介质绝缘的氢气探测器传感器，并且测量是在特别准备的(organised)可分析气体流中进行(气体以恒定速度供给)。为此目的，使用外部导流器(风扇等)、或多孔材料的特殊的罩，以将分析气体扩散到传感器。在可分析气体介质中直接使用这类探测器面临特殊的困难，原因在于探测器对产生确定数量的热的响应是由介质的热性能决定。同样，探测器对氢气出现的响应时间可以非常长，特别是基于通过-->多孔材料扩散的扩散探测器。氢气存在的特征信号是传感器电阻相对于比较元件电阻的变化，电阻变化是由催化剂温度的增加所引起。以上所述的氢气探测器有许多缺点：——氢气浓度并不是在可分析介质中直接测量，而是在一个特殊制备的探头中测量。——响应时间依赖于氢气的扩散速率、或依赖于探头的处理(preparation)速度，并且相当长。——传感器是在极端条件下工作(铂丝和传导高电流的热电阻)。——高成本。
技术实现思路
本专利技术的系统是设计用来克服上述缺点，该系统是基于允许提高氢气的燃烧速率和安全性的一些方法，并且也降低相应氢气复合器的成本，同时对于氢气探测器来说，提高了安全性、可靠性和无需试验元件的排出孔(taps)。之所以获得了以上氢气复合器的技术结果，是由于采用作为催化元件的活性高性能蜂窝状材料(HPCM)，这些材料具有不规则的三维空间结构，该结构对动态气流而言基本上不允许产生稳定的边界层，这导致当使用HPCM催化剂时物质和热传递参数显著提高，即便是尺寸较小的情况。选用该催化剂可以开发氢气燃烧速率最佳的复合器。-->复合器安全性的获得是通过选择金属作为固体多孔催化剂的材料。催化剂材料的高热导率促使不存在特定的过热点，而过热可以构成氢气着火的原因。特别是通过构造复合器的对流罩而获得高氢气燃烧速率，该对流罩由两个垂直壁组成-内壁和外壁。内壁和外壁之间的空间用隔热材料进行填充。氢气燃烧速率是由氢气-空气混合物通过催化剂的速度所决定，这导致复合器的气体动阻力和阿基米德力增加的平衡。阿基米德力是由对流罩中的气体温度所决定。如果从复合器的对流罩有可觉察到的热消耗，氢气燃烧速率则降低。对复合器进行隔热以避免复合器对流罩的热消耗。固体催化剂是位于悬置的支撑物中，该支撑物相对于复合器的对流罩是隔热的，以最大限度降低热消耗，以及当氢气一旦出现时促使起动氢气的催化燃烧。把在复合器对流罩内的空间分成两个或更多的垂直部分，以防止在流道截面的催化燃烧不均匀和防止复合器效力的降低。众所周知，SIEMENS FR-90/1500复合器(最接近于专利DE3727207AL的型式)的氢气燃烧效率，在氢气浓度大约为3％(体积)和对流罩的流道截面大约为300cm2时，不超过0.4nl/s。在相同条件下，本专利技术的复合器的氢气燃烧效率达到0.8nl/s。氢气探测器技术结果的获得，是通过使用自然对流来把可分析空气供给到探测器的传感器(固体多孔催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测和消除氢气的系统，用于监测在空气中氢气的聚集、防止所述聚集超过其可燃性下限、以及消除空气中的所述氢气和可燃气体，其特征在于包括两个基本部件：一个是无源催化氢气复合器，另一个是热催化氢气探测器；所述复合器包括决定对流罩（１）的垂直导管，所述对流罩的流道截面用固体催化剂完全覆盖，所述固体催化剂包含在实际的热催化探测器（１２）中并由高度多孔蜂窝状材料构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种监测和消除氢气的系统，用于监测在空气中氢气的聚集、防止所述聚集超过其可燃性下限、以及消除空气中的所述氢气和可燃气体，其特征在于包括两个基本部件：一个是无源催化氢气复合器，另一个是热催化氢气探测器；所述复合器包括决定对流罩(1)的垂直导管，所述对流罩的流道截面用固体催化剂完全覆盖，所述固体催化剂包含在实际的热催化探测器(12)中并由高度多孔蜂窝状材料构成。2.根据权利要求1所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于所述固体催化剂具有特征参数：筛目尺寸不小于2mm、物质通过尺寸不大于1、和区段宽度不小于3个筛目尺寸。3.根据权利要求1至2所述的用于监测和消除氢气的系统，其特征在于所述固体催化剂是包含在海绵状金属中。4.根据权利要求1至3所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于所述固体催化剂是由一层催化剂和活性成分所制成和覆盖。5.根据权利要求1至4所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于所述复合器的对流罩由两个垂直壁组成-内壁和外壁，所述内壁和外壁之间的空间用隔热材料进行填充。6.根据权利要求1至5所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于所述固体催化剂是位于相对于对流罩悬置的隔热支撑物中。7.根据权利要求1至6所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于在所述复合器的所述对流罩的内部空间有一系列位于两个或更多部分的垂直隔板。8.根据权利要求1所述的监测和消除氢气的系统，其特征在于所述用于监测和消除所述可燃气体的催化探测器包括加热的固体催化剂，所述固体催化剂是模件的形式并覆盖所述对流罩的流道截面。9.根据权利要求8所述的监测和消除氢气的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪姆乔弗卡索文，亚历山大卡林尼科夫，加雷尔博罗诺夫，里卡多布拉克比左，
申请(专利权)人：戴维系统技术公司，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]