CH704556B1 - Heating. - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wärmeerzeugungseinheit (1) oder Heizung mit einem Reaktor (2), in dem Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) durch katalytische Dissoziation in Wasser und Sauerstoff gespalten und dabei Wärme produziert wird. Ausführungsbeispiele betreffen u.a.: Betrieb des Reaktors (2) mit flüssiger und dampfförmiger Phase (41, 42) des Katalysatorfluids; Betrieb des Reaktors (2) mit Rezirkulationsmitteln (8, 15; 15´; 410) für das Katalysatorfluid (40, 41); ein integriertes Katalysator-Wärmetauscher-Modul (11´); ein Vorwärmetauscher (171) zur Wärmeübertragung von einem Restfluid (170) auf das Katalysatorfluid (40, 41); und Kombination mit einer Brennstoffzelle oder einer Sauerstoff-Wasserstoff-Verbrennung. Vorteile sind u.a.: abgasfreie Wärmeproduktion und optional Stromproduktion.The invention relates to a heat-generating unit (1) or heating with a reactor (2) in which hydrogen peroxide (H 2 O 2) is split by catalytic dissociation into water and oxygen, thereby producing heat. Embodiments relate, inter alia, to: operating the reactor (2) with liquid and vapor phases (41, 42) of the catalyst fluid; Operating the reactor (2) with recirculation means (8, 15; 15 '; 410) for the catalyst fluid (40, 41); an integrated catalyst heat exchanger module (11 '); a preheat exchanger (171) for transferring heat from a residual fluid (170) to the catalyst fluid (40, 41); and combination with a fuel cell or oxygen-hydrogen combustion. Benefits include: exhaust-free heat production and optionally electricity production.
Description
Technisches GebietTechnical area
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Heizungstechnik, insbesondere von Gebäudeheizungen oder Blockkraftwerken. Sie geht aus von einer Wärmeerzeugungseinheit, einer Heizung und einer Vorrichtung gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to the field of heating technology, in particular of building heating or block power plants. It is based on a heat generating unit, a heater and a device according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
[0002] Bei der Erfindung wird ausgegangen von bekannten Heizungssystemen, bei denen durch Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Öl, Gas, Holz, Pellets o.Ä. in einem Brennraum Hitze erzeugt wird. Die Hitze kann über einen Wärmetauscher dazu verwendet werden, Heizungswasser, das in einem geschlossenen Heizwasserkreislauf zirkuliert, oder Brauchwasser, das immer wieder frisch zugeführt wird, zu erwärmen. Die entstehenden umweltschädigenden Abgase umfassen Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO, Stickoxide NOx, Schwefeloxide und andere toxische Verbrennungsprodukte sowie Feinstaub. Bekannt sind auch elektrisch betriebene Heizungen, die entweder direkt durch ohmschen Widerstand (Elektroheizung, Elektrospeicherheizung) oder indirekt durch Temperaturerhöhung von Umgebungswärme (Wärmepumpe) Heizwärme für Gebäude erzeugen. Die direkten Elektroheizungen sind energetisch ineffizient. Wärmepumpen sind eher kompliziert aufgebaut, sind wegen ihrer beweglichen Teile wartungsbedürftig und störanfällig und haben eine begrenzte Lebensdauer. In the invention is based on known heating systems, in which by burning fossil fuels such as oil, gas, wood, pellets or similar. Heat is generated in a combustion chamber. The heat can be used via a heat exchanger to heat heating water that circulates in a closed Heizwasserkreislauf, or hot water, which is fed again and again fresh. The resulting polluting gases include carbon dioxide CO2, carbon monoxide CO, nitrogen oxides NOx, sulfur oxides and other toxic combustion products, as well as particulate matter. Also known are electrically operated heaters, either directly by ohmic resistance (electric heating, electric storage heater) or indirectly by increasing the temperature of ambient heat (heat pump) generate heat for buildings. The direct electric heaters are energetically inefficient. Heat pumps are rather complicated, are in need of maintenance because of their moving parts and are susceptible to faults and have a limited service life.
[0003] Die bekannten Heizungen sind typischerweise in Gebäuden fest installiert. Bekannt sind auch elektrisch beheizbare Heizkörper, die bedarfsweise in Räumen aufgestellt werden. The known heaters are typically permanently installed in buildings. Also known are electrically heated radiators, which are placed in rooms as needed.
[0004] In der CH 685 836 A5 wird ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf zum Betreiben einer Dampfturbine offenbart. Hierfür wird ein Gemisch in Wesentlichen bestehend aus Wasserstoffperoxid (H2O2, im Folgenden auch WP genannt) einem Reaktor zugeführt, in dem das WP mittels eines geeigneten Katalysators zu Wasser, Sauerstoff und exothermer Wärme umgesetzt wird. Die dabei freiwerdende Energie dient dazu, das Wasser in erhitzten Dampf umzuwandeln, der über eine Auslassöffnung im Reaktor der Dampfturbine als Antriebsmedium zugeführt wird. In CH 685 836 A5 a method for generating steam for operating a steam turbine is disclosed. For this purpose, a mixture consisting essentially of hydrogen peroxide (H2O2, also referred to below as WP) is fed to a reactor in which the WP is converted by means of a suitable catalyst to water, oxygen and exothermic heat. The released energy is used to convert the water into heated steam, which is supplied via an outlet opening in the reactor of the steam turbine as a drive medium.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Wärmeerzeugungseinheit und Heizung und ein verbessertes System zur Wärmeerzeugung und optionalen Stromerzeugung anzugeben, bei der oder dem keine umweltschädlichen Abgase oder Rückstände entstehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Merkmale, insbesondere in abhängigen Ansprüchen, oder Kombinationen von Merkmalen oder Ausführungsbeispiele sind optional und sind typischerweise als insbesondere, bevorzugt o.Ä. bezeichnet und sind daher nicht erfindungswesentlich, sondern dienen nur zur Erzielung zusätzlicher Vorteile oder Effekte. The object of the present invention is to provide an improved heat generating unit and heating and an improved system for heat generation and optional power generation, in which or no environmentally harmful exhaust gases or residues. This object is achieved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Further features, in particular in dependent claims, or combinations of features or embodiments are optional and are typically as particular, preferably o.Ä. referred to and are therefore not essential to the invention, but are only to achieve additional benefits or effects.
[0006] Die Erfindung besteht in einer Wärmeerzeugungseinheit, die für eine Heizung, z.B. Hausheizung, geeignet ist, wobei die Wärmeerzeugungseinheit einen Reaktor mit einem Reaktorgehäuse aufweist, in dem mindestens ein Katalysatorkörper zur katalytischen exothermen Umwandlung eines Katalysatorfluids angeordnet ist, wobei ferner das Katalysatorfluid ein Gemisch enthaltend Wasserstoffperoxid (H2O2) enthält. The invention consists in a heat generating unit suitable for heating, e.g. Home heating, is suitable, wherein the heat generating unit comprises a reactor having a reactor housing in which at least one catalyst body is arranged for the catalytic exothermic conversion of a catalyst fluid, further wherein the catalyst fluid containing a mixture containing hydrogen peroxide (H2O2).
[0007] In einem Ausführungsbeispiel weist die Wärmeerzeugungseinheit einen Wärmetauscher zum Aufheizen eines Wärmeträgerfluids auf. Das Wärmeträgerfluid kann zum Betrieb der Heizung verwendet werden und kann insbesondere Heizungswasser und/oder Brauchwasser sein. In one embodiment, the heat generating unit has a heat exchanger for heating a heat transfer fluid. The heat transfer fluid can be used to operate the heater and can be in particular heating water and / or service water.
[0008] In einem Ausführungsbeispiel weist das Katalysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine flüssige Phase auf. Insbesondere steht die flüssige Phase mit dem Wärmetauscher in thermischem Kontakt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper im Wärmeerzeugungsbetrieb zumindest teilweise in eine oder die flüssige Phase des Katalysatorfluids eingetaucht. Insbesondere kann der Reaktor stehend angeordnet sein. Durch diese Massnahmen kann die Effizienz der katalytischen Wärmegewinnung und der Wärmeübertragung auf das Wärmeträgerfluid erhöht werden. In one embodiment, the catalyst fluid in the heat-generating operation to a liquid phase. In particular, the liquid phase is in thermal contact with the heat exchanger. In a further embodiment, the catalyst body is immersed in the heat generating operation at least partially in one or the liquid phase of the catalyst fluid. In particular, the reactor can be arranged upright. By these measures, the efficiency of the catalytic heat recovery and the heat transfer to the heat transfer fluid can be increased.
[0009] In einem Ausführungsbeispiel weist das Katalysatorfluid im Wärmeerzeugungsbetrieb eine dampfförmige und/oder gasförmige Phase auf. In one embodiment, the catalyst fluid in the heat generating operation to a vapor and / or gaseous phase.
[0010] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Wärmeerzeugungseinheit ein integriertes Katalysator-Wärmetauscher-Modul auf, welches den Katalysatorkörper und den Wärmetauscher umfasst. Insbesondere kann das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul im Reaktor angeordnet sein oder selber den Reaktor bilden. In a preferred embodiment, the heat generating unit comprises an integrated catalyst heat exchanger module comprising the catalyst body and the heat exchanger. In particular, the integrated catalyst heat exchanger module can be arranged in the reactor or itself form the reactor.
[0011] Andere Ausführungsbeispiele betreffen Ausgestaltungen des Katalysators, insbesondere des integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Moduls, welche die Effizienz der Wärmeerzeugung bei der katalytischen Umwandlung und die Wärmeübertragung auf das Wärmeträgerfluid weiter verbessern. Other embodiments relate to embodiments of the catalyst, in particular the integrated catalyst heat exchanger module, which further improve the efficiency of heat generation in the catalytic conversion and the heat transfer to the heat transfer fluid.
[0012] In einem Ausführungsbeispiel weist die Wärmeerzeugungseinheit, insbesondere der Reaktor, Rezirkulationsmittel zur Rezirkulation des Katalysatorfluids entlang des Katalysatorkörpers auf. Durch die Rezirkulation wird die Benetzung des Katalysatorkörpers verbessert und dadurch die Effizienz der Wärmegewinnung erhöht. Die Rezirkulationsmittel können z.B. eine Umwälzpumpe, eine Druckumwälzung, und/oder in sich geschlossene, zur Erzeugung einer Rezirkulationsströmung geeignete Durchströmungskanäle für das Katalysatorfluid und insbesondere für dessen flüssige Phase umfassen. In one embodiment, the heat generating unit, in particular the reactor, recirculation means for recirculation of the catalyst fluid along the catalyst body. The recirculation improves the wetting of the catalyst body and thereby increases the efficiency of the heat recovery. The recirculating agents may e.g. a circulating pump, a pressure circulation, and / or self-contained, suitable for generating a recirculation flow throughflow channels for the catalyst fluid and in particular for its liquid phase.
[0013] In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Katalysatorkörper ein Keramikkörper, der Kordierit enthält oder aus Kordierit besteht. In preferred embodiments, the catalyst body is a ceramic body containing Kordierit or consists of cordierite.
[0014] In Ausführungsbeispielen enthält das Katalysatorfluid maximal 50 Gew.-%, bevorzugt maximal 35 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 25 Gew.-%, insbesondere maximal 20 Gew.-%, Wasserstoffperoxid (H2O2, WP). Alternativ kann das Katalysatorfluid weitgehend aus Wasserstoffperoxid bestehen. WP in geringerer Konzentration hat den Vorteil, dass das Katalysatorfluid umweltverträglich und ohne spezielle Sicherheitsmassnahmen in Tanks gelagert werden kann. WP in höherer Konzentration hat den Vorteil eines höheren Energieinhalts. In embodiments, the catalyst fluid contains a maximum of 50 wt .-%, preferably at most 35 wt .-%, more preferably at most 25 wt .-%, in particular at most 20 wt .-%, of hydrogen peroxide (H2O2, WP). Alternatively, the catalyst fluid may consist largely of hydrogen peroxide. WP in a lower concentration has the advantage that the catalyst fluid can be stored in environmentally friendly and without special safety measures in tanks. WP in higher concentration has the advantage of higher energy content.
[0015] Weitere Ausführungsbeispiele betreffen Ausgestaltungen des Reaktors, einen Vorwärmetauscher zum Wärmeübertrag von einem Restfluid auf das Katalysatorfluid, sowie Anregungsmittel zum Entfernen dampf- und/oder gasförmiger Blasen von der Oberfläche des Katalysatorkörpers, insbesondere einen Rüttler oder eine akustische Quelle. Other embodiments relate to embodiments of the reactor, a preheat exchanger for heat transfer from a residual fluid to the catalyst fluid, and excitation means for removing vapor and / or gaseous bubbles from the surface of the catalyst body, in particular a vibrator or an acoustic source.
[0016] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Heizung, insbesondere Gebäudeheizung oder Heizung zur Erzeugung von Prozesswärme, mit einer Wärmeerzeugungseinheit wie zuvor beschrieben; sowie ein System umfassend eine solche Wärmeerzeugungseinheit in Kombination mit einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung und/oder einer Zusatzheizung, in welcher oder welchen der bei der Dissoziation des Wasserstoffperoxid (H2O2) am Katalysatorkörper frei werdende Sauerstoff mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H2) zu Wasser umgesetzt wird. Durch den Betrieb mit zwei Reaktionsmedien (H2O2, H2) kann die Energieeffizienz auf umweltfreundliche Weise weiter gesteigert werden. The invention also relates to a heater, in particular building heating or heating for generating process heat, with a heat generating unit as described above; and a system comprising such a heat-generating unit in combination with a fuel cell for generating electricity and / or an additional heating, in which or which of the released in the dissociation of hydrogen peroxide (H2O2) on the catalyst body oxygen is reacted with suitably supplied hydrogen (H2) to water. By operating with two reaction media (H2O2, H2), energy efficiency can be further increased in an environmentally friendly manner.
[0017] Weitere Ausführungsbeispiele, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, aus jeder Anspruchskombination und aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren. Further embodiments, advantages and applications of the invention will become apparent from the dependent claims, from each claim combination and from the following description and the figures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
[0018] Es zeigen schematisch <tb>Fig. 1<SEP>Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Umwälzpumpe; <tb>Fig. 2<SEP>Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Druckspeicherumwälzung; <tb>Fig. 3<SEP>Ausführungsbeispiele eines kompaktem Wärmeerzeugungsmoduls mit integriertem Katalysator-Wärmetauscher; <tb>Fig. 4 – 6<SEP>Ausführungsbeispiele einer Katalysator-Wärmeerzeugungseinheit mit Vorverdampfer.They show schematically <Tb> FIG. 1 <SEP> Embodiments of a Catalyst Heat Generating Unit with Circulating Pump; <Tb> FIG. 2 <SEP> Embodiments of a catalyst heat generation unit with accumulator circulation; <Tb> FIG. 3 <SEP> Embodiments of a Compact Heat Generation Module with Integrated Catalyst Heat Exchanger; <Tb> FIG. 4-6 <SEP> Embodiments of a catalyst heat generation unit with pre-evaporator.
[0019] In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
[0020] In der Beschreibung werden viele beispielhafte Ausführungsformen angegeben, die zum Teil auch in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele dienen zur Veranschaulichung und sollen nicht zur einschränkenden Auslegung der Ansprüche herangezogen werden. Beispielsweise sollen Merkmale, die als Bestandteil eines Ausführungsbeispiels dargestellt oder beschrieben sind, auch in anderen Ausführungsbeispielen verwendbar sein und so Grundlage für weitere Ausführungsbeispiele darstellen. Solche Modifikationen und Varianten sind ausdrücklich Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere sind alle Merkmale in abhängigen Ansprüchen in beliebigen Kombinationen miteinander kombinierbar. In the description, many exemplary embodiments are given, which are also partially shown in the figures. The embodiments serve to illustrate and are not to be used to limit the interpretation of the claims. For example, features that are shown or described as part of an embodiment should also be usable in other embodiments and thus represent the basis for further embodiments. Such modifications and variations are expressly embodied in the present disclosure. In particular, all features in dependent claims in any combination can be combined.
[0021] Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmeerzeugungseinheit 1 für eine Heizung, insbesondere für eine Hausheizung, wobei die Wärmeerzeugungseinheit 1 einen Reaktor 2 mit einem Reaktorgehäuse 3 aufweist, in dem mindestens ein Katalysatorkörper 4 zur katalytischen exothermen Umwandlung eines Katalysatorfluids 40, 41 angeordnet ist. Durch die katalytische Heizung kann eine umweltfreundliche, abgasfreie Wärmeerzeugung realisiert werden. Im Folgenden werden hierzu Ausführungsbeispiele angegeben. The invention relates to a heat generating unit 1 for a heater, in particular for a house heating, wherein the heat generating unit 1 comprises a reactor 2 with a reactor housing 3, in which at least one catalyst body 4 for the catalytic exothermic conversion of a catalyst fluid 40, 41 is arranged. The catalytic heating enables environmentally friendly, emission-free heat generation. In the following, exemplary embodiments are given for this purpose.
[0022] Erfindungsgemäss enthält das Katalysatorfluid 40, 41 ein Gemisch enthaltend Wasserstoffperoxid (H2O2). Insbesondere kann der Katalysatorkörper ein Keramikkörper 4 sein, der Kordierit enthält oder aus Kordierit besteht. Beispielsweise enthält der Katalysatorkörper 4 Verbindungen und/oder Kombinationen aus der Menge umfassend Aluminium, Silizium, Kupfer, Magnesium, Titan, Mangan, Eisen, Lanthan, Cerium, Praseodym, Neodym, Phosphor, Kalium, Calcium, Kobalt, Zink, Zinn, Blei, Schwefel, Chlor, Nickel, Strontium, Zirkonium, Molybdän, Rhodium, Silber, Kaliumpermanganat und Seltene-Erden-Elemente. According to the invention, the catalyst fluid 40, 41 contains a mixture containing hydrogen peroxide (H2O2). In particular, the catalyst body can be a ceramic body 4 which contains cordierite or consists of cordierite. For example, the catalyst body 4 contains compounds and / or combinations of the amount comprising aluminum, silicon, copper, magnesium, titanium, manganese, iron, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, phosphorus, potassium, calcium, cobalt, zinc, tin, lead, Sulfur, chlorine, nickel, strontium, zirconium, molybdenum, rhodium, silver, potassium permanganate and rare earth elements.
[0023] In Ausführungsbeispielen enthält das Katalysatorfluid maximal 50 Gew.-%, bevorzugt maximal 35 Gew.-%, besonders bevorzugt maximal 25 Gew.-%, insbesondere maximal 20 Gew.-%, Wasserstoffperoxid (H2O2), oder das Katalysatorfluid besteht weitgehend aus Wasserstoffperoxid. Grundsätzlich sind auch andere Katalysatorfluide 40, 41 und/oder andere Katalysatormaterialien möglich. In embodiments, the catalyst fluid contains at most 50 wt .-%, preferably at most 35 wt .-%, more preferably at most 25 wt .-%, in particular at most 20 wt .-%, hydrogen peroxide (H2O2), or the catalyst fluid is largely from hydrogen peroxide. In principle, other catalyst fluids 40, 41 and / or other catalyst materials are possible.
[0024] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Wärmeerzeugungseinheit 1 und insbesondere ein Heizungsmodul 1 oder eine Heizung 1. Die Wärmeerzeugungseinheit 1 weist einen Reaktor 2 mit einem Reaktorgehäuse 3 auf. Am Reaktorboden 3b ist eine Einlassöffnung 30b, z.B. in Form eines Einlassventils 30b, für einen Zulauf 5 von Katalysatorfluid 50, z.B. für ein H2O2-haltiges Gemisch, vorhanden. Am Reaktorboden 3b sammelt sich das Katalysatorfluid typischerweise in Form eines Flüssigkeitssees 40. Oberhalb des Flüssigkeitssees 40 kann eine Gas- oder Dampfphase 41 des Katalytfluids vorhanden sein. Im Betriebszustand, d.h. Wärmeerzeugungszustand, bildet sich auch oftmals eine mehr oder weniger dicke Schaumschicht, die auf der flüssigen Phase 40 schwimmt, je nach Beschaffenheit eher flüssig oder gasförmig ist und sich beim Abklingen der katalytischen Dissoziation wieder in flüssige Phase 40 und Dampf- oder Gasphase 41 auftrennt. Am Reaktorboden 3b ist auch eine Auslassöffnung 17, z.B. in Form eines Auslassventils 17, für ein Restfluid 170 vorhanden. Am Reaktordeckel 3c ist eine Auslassöffnung 30c, insbesondere ein Überdruckventil 30c, für gasförmige Produkte, insbesondere Sauerstoff (O2), vorhanden. Am Reaktormantel 3a sind ein Vorlauf 9 und ein Rücklauf 10 vorhanden, über welche ein Wärmeträgerfluid 90, z.B. Heizungswasser 90 und/oder Brauchwasser 90, einem Wärmetauscher 11 zuführbar und wieder entnehmbar ist. Die angegebenen Öffnungen können auch an anderen, nicht dargestellten Teilen des Reaktorgehäuses 3 angeordnet sein. Fig. 1 shows an embodiment of a heat generating unit 1 and in particular a heating module 1 or a heater 1. The heat generating unit 1 has a reactor 2 with a reactor housing 3. At the reactor bottom 3b is an inlet port 30b, e.g. in the form of an inlet valve 30b, for an inlet 5 of catalyst fluid 50, e.g. for a H2O2-containing mixture. At the bottom of the reactor 3b, the catalyst fluid typically collects in the form of a liquid sewer 40. Above the liquid sewer 40, a gas or vapor phase 41 of the catalytic fluid may be present. In the operating state, i. Heat generation state, often also forms a more or less thick foam layer, which floats on the liquid phase 40, depending on the nature of liquid or gaseous and is separated when the catalytic dissociation subsided again in liquid phase 40 and vapor or gas phase 41. At the reactor bottom 3b is also an outlet port 17, e.g. in the form of an outlet valve 17, for a residual fluid 170. An outlet opening 30c, in particular a pressure relief valve 30c, for gaseous products, in particular oxygen (O2), is present on the reactor lid 3c. On the reactor jacket 3a, a flow 9 and a return 10 are provided, via which a heat transfer fluid 90, e.g. Heating water 90 and / or hot water 90, a heat exchanger 11 can be supplied and removed again. The specified openings can also be arranged on other, not shown, parts of the reactor housing 3.
[0025] Optional kann auch ein Vorwärmetauscher 171 zum Wärmeübertrag vom Restfluid 170 auf das Katalysatorfluid 40, 41 vorhanden und insbesondere in der Zuleitung 9 für das Katalysatorfluid 40, 41 angeordnet sein. Gezeigt sind auch ein Wärmespeicher 18 sowie andere Komponenten 19, 20, 26, die aber nicht notwendig Bestandteil des Wärmeerzeugungsmoduls 1 sind. Optionally, a preheat exchanger 171 for heat transfer from the residual fluid 170 to the catalyst fluid 40, 41 present and in particular in the supply line 9 for the catalyst fluid 40, 41 may be arranged. Shown are also a heat storage 18 and other components 19, 20, 26, but not necessarily part of the heat generation module 1 are.
[0026] In einem Ausführungsbeispiel besteht das Reaktorgehäuse 3 des Reaktors 2 aus einem gegenüber dem Katalysatorfluid 40, 41, insbesondere gegenüber Wasserstoffperoxid, inerten Material. Zum Beispiel besteht das Reaktorgehäuse 3 aus Chromstahl, faserverstärktem Kunststoff, PVC, fluorhaltigem Kunststoff, insbesondere Polytrifluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen, oder Polyäthylenterephtalat, oder aus Kombinationen dieser Materialien. Das Reaktorgehäuse 3 kann auch eine Innenbeschichtung, vorzugsweise aus Aluminium, aufweisen. In one embodiment, the reactor housing 3 of the reactor 2 consists of a relative to the catalyst fluid 40, 41, in particular to hydrogen peroxide, inert material. For example, the reactor housing 3 is made of chrome steel, fiber reinforced plastic, PVC, fluorine-containing plastic, in particular Polytrifluoräthylen, polyethylene, polypropylene, or polyethylene terephthalate, or combinations of these materials. The reactor housing 3 may also have an inner coating, preferably of aluminum.
[0027] Im Reaktorvolumen 2 ist ein Katalysatorkörper 4, z.B. aus Keramik und insbesondere aus Kordierit, vorhanden. Der Katalysatorkörper 4 befindet sich im befüllten Betriebszustand des Moduls 1 in einer Atmosphäre, welche zumindest teilweise durch das Katalysatorfluid 40, 41 gebildet ist und bevorzugt eine flüssige Phase 40 und/oder eine dampfförmige Phase und/oder eine gasförmige Phase 41 des Katalysatorfluids umfasst. Dabei kann eine Schaumphase 40, 41 als Kombination einer flüssigen Phase 40 mit einer gasförmigen Phase 41 angesehen werden. Durch die katalytische Umwandlung von Wasserstoffperoxid H2O2im Katalysatorfluid 40, 41 entstehen Wasser H2O und Sauerstoff O2, wie in der eingangs zitierten Patentschrift CH 685 836 A5 beschrieben ist, die mit ihrem ganzen Offenbarungsgehalt hiermit in die Beschreibung mit aufgenommen wird. Das Restwasser 170, das sich aus dem katalytisch gespaltenen WP und dem im zugeführten Katalysatorfluid 50 beigemischten Wasser zusammensetzt, kann zu geeigneten Zeiten, insbesondere nach einer möglichst vollständigen Umwandlung des Wasserstoffperoxids, über die Auslassöffnung 30b aus dem Reaktorgefäss 2 entfernt werden. Ebenso kann zu geeigneten Zeiten, insbesondere bei Überschreiten eines vorgebbaren Überdrucks, durch die Auslassöffnung 30c der katalytisch entstandene Sauerstoff 60 abgeströmt werden. In reactor volume 2, a catalyst body 4, e.g. made of ceramic and especially cordierite. The catalyst body 4 is in the filled operating state of the module 1 in an atmosphere which is at least partially formed by the catalyst fluid 40, 41 and preferably comprises a liquid phase 40 and / or a vapor phase and / or a gaseous phase 41 of the catalyst fluid. In this case, a foam phase 40, 41 can be regarded as a combination of a liquid phase 40 with a gaseous phase 41. The catalytic conversion of hydrogen peroxide H2O2 in the catalyst fluid 40, 41 produces water H2O and oxygen O2, as described in the cited patent specification CH 685 836 A5, which is hereby included in the description with its entire disclosure content. The residual water 170, which is composed of the catalytically split WP and the water mixed in the supplied catalyst fluid 50, can be removed from the reactor vessel 2 at suitable times, in particular after conversion of the hydrogen peroxide as completely as possible via the outlet opening 30b. Likewise, at suitable times, in particular when a predeterminable overpressure is exceeded, the catalytically produced oxygen 60 can be discharged through the outlet opening 30c.
[0028] In einem Ausführungsbeispiel weist der Katalysatorkörper 4 eine Röhrenstruktur und/oder Wabenstruktur auf; und/oder der Katalysatorkörper 4 weist eine längserstreckte, insbesondere zylindrische oder flächenhafte, Gestalt auf und ist entlang seiner Längsachse 4a durchströmbar. In one embodiment, the catalyst body 4 has a tubular structure and / or honeycomb structure; and / or the catalyst body 4 has an elongated, in particular cylindrical or planar shape, and can be flowed through along its longitudinal axis 4a.
[0029] In einem Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper 4 stehend angeordnet, wobei im Wesentlichen vertikal orientierte Durchströmungskanäle 410 für eine vertikal bewegliche, insbesondere vertikal aufsteigende (Fig. 1 , 2 , 4 , 5 ) oder vertikal absinkende (Fig. 6 ), Katalysatorfluidströmung 400 vorhanden sind. Auch der Reaktor 2 kann stehend angeordnet sein. Stehende Anordnung bedeutet, dass eine Längsachse 2a des Reaktors 2 oder eine Längsachse 4a des Katalysatorkörpers 4 vertikal, d.h. im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft, orientiert ist. In one embodiment, the catalyst body 4 is arranged upright, wherein substantially vertically oriented flow channels 410 for a vertically movable, in particular vertically rising (Fig. 1, 2, 4, 5) or vertically sinking (Fig. 6), catalyst fluid flow 400th available. Also, the reactor 2 may be arranged standing. Standing arrangement means that a longitudinal axis 2a of the reactor 2 or a longitudinal axis 4a of the catalyst body 4 is vertical, i. essentially parallel to gravity, oriented.
[0030] Alternativ kann auch der Katalysatorkörper 4 liegend, d.h. horizontal bzw. senkrecht zur Schwerkraft, angeordnet sein, um eine lange Verweilzeit des Katalysatorfluids 40, 41 und damit eine möglichst vollständige Dissoziation von Wasserstoffperoxid zu erzielen. Alternatively, the catalyst body 4 lying, i. horizontal or perpendicular to gravity, to be arranged in order to achieve a long residence time of the catalyst fluid 40, 41 and thus the most complete dissociation of hydrogen peroxide.
[0031] In einem Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorkörper 4 im Wärmeerzeugungsbetrieb zumindest teilweise in die flüssige Phase 40 des Katalysatorfluids eingetaucht, um eine effiziente Benetzung des Katalysatorkörpers 4 zu erreichen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 11 in die flüssige Phase 40 eingetaucht, so dass die flüssige Phase 40 mit dem Wärmetauscher 11 in einem engen thermischen Kontakt, z.B. durch Wärmekonvektion, steht und ein besonders guter Wärmeübergang stattfindet. In one embodiment, the catalyst body 4 is immersed in the heat generating operation at least partially in the liquid phase 40 of the catalyst fluid in order to achieve efficient wetting of the catalyst body 4. In another embodiment, the heat exchanger 11 is immersed in the liquid phase 40 so that the liquid phase 40 is in close thermal contact with the heat exchanger 11, e.g. by heat convection, stands and a particularly good heat transfer takes place.
[0032] In einem ebenfalls in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 3 einen Bypass 11 mit Niveausonden 13 zur Niveauregulierung insbesondere der flüssigen Phase 40 des Katalysatorfluids 40, 41 auf. Zudem kann der Reaktor 2 einen Anschluss 14 für Armaturen, insbesondere für mindestens einen Temperatursensor 32 und/oder mindestens einen Drucksensor 33, zur Regulierung der Wärmeerzeugung aufweisen. In an embodiment also shown in Fig. 1, the reactor 3, a bypass 11 with level sensors 13 for level control in particular the liquid phase 40 of the catalyst fluid 40, 41 on. In addition, the reactor 2 may have a connection 14 for fittings, in particular for at least one temperature sensor 32 and / or at least one pressure sensor 33, for regulating the heat generation.
[0033] Fig. 1 zeigt auch ein Ausführungsbeispiel, in dem im stehenden Reaktor 2 mindestens zwei übereinander angeordnete Katalysatorkörper 4 vorhanden sind, die zur Selbstregulierung der Wärmeproduktion einen variablen Abstand d2aufweisen, was insbesondere mittels einer federnden Lagerung 21, z.B. in vertikaler oder Längsrichtung und/oder in horizontaler oder Seitenrichtung, mindestens eines der Katalysatorkörper 4 geschieht. Zudem können der Abstand d2zwischen Katalysatorkörpern 4 und/oder ein Abstand d1zwischen dem Reaktorboden 3b und dem untersten Katalysatorkörper 4 in einem vorgebbaren Bereich, insbesondere zwischen 10 mm und 50 mm, gewählt sein. Fig. 1 also shows an embodiment in which in the stationary reactor 2 at least two superimposed catalyst body 4 are present, which have a variable distance d2 for self-regulation of heat production, which in particular by means of a resilient mounting 21, e.g. in the vertical or longitudinal direction and / or in the horizontal or lateral direction, at least one of the catalyst body 4 happens. In addition, the distance d2 between catalyst bodies 4 and / or a distance d1 between the reactor bottom 3b and the lowermost catalyst body 4 can be selected within a predeterminable range, in particular between 10 mm and 50 mm.
[0034] In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 2 Anregungsmittel 21 ́, 22 zum Entfernen dampf- und/oder gasförmiger Blasen von der Oberfläche des Katalysatorkörpers 4 auf. Insbesondere können die Anregungsmittel einen Rüttler 21 ́, insbesondere in vertikaler oder Längsrichtung und/oder in horizontaler oder Seitenrichtung, für den Katalysatorkörper 4 und/oder eine akustische Quelle 22 zur akustischen Erregung des Katalysatorfluids 40, 41, insbesondere mit Ultraschall, umfassen. Der Rüttler 21 ́ weist im Gegensatz zur federnden Lagerung 21, einen aktiven Antrieb, z.B. mit einem Exzenter o.Ä., auf. In a further embodiment, the reactor 2 comprises excitation means 21, 22 for removing vapor and / or gaseous bubbles from the surface of the catalyst body 4. In particular, the excitation means may comprise a vibrator 21, in particular in the vertical or longitudinal direction and / or in the horizontal or lateral direction, for the catalyst body 4 and / or an acoustic source 22 for the acoustic excitation of the catalyst fluid 40, 41, in particular with ultrasound. The vibrator 21 has, in contrast to the resilient mounting 21, an active drive, e.g. with an eccentric or similar, on.
[0035] Fig. 1 zeigt auch ein wichtiges Ausführungsbeispiel, in dem die Wärmeerzeugungseinheit 1, insbesondere der Reaktor 2, Rezirkulationsmittel 8, 15 zur Rezirkulation (d.h. zum wiederholten Vorbeiströmen) des Katalysatorfluids 40, 41 entlang des Katalysatorkörpers 4 aufweist. Insbesondere umfassen die Rezirkulationsmittel eine Umwälzpumpe 8, welche die in einem Entgasungstank 15 abgeschiedene flüssige Phase 40 umwälzt. Insbesondere transportiert die Umwälzpumpe 8 zeitweise oder kontinuierlich die flüssige Phase 40 in Form einer Rezirkulationsströmung 70 via Rückströmrohr 7 im stehenden Reaktor 2 vom Reaktorboden 3b in Richtung zum Reaktordeckel 3c. Zu diesem Zweck können im Reaktor 2 einerseits am Reaktorboden 3b eine Auslassöffnung 31b, insbesondere mit einem Auslassventil 15a, und andererseits am Reaktordeckel 3c eine Einlassöffnung 31c für die Rezirkulationsströmung 70 des Katalysatorfluids 4 angeordnet sein. Zur Regulierung des Flüssigkeitsstands im Entgasungstank 15 kann auch der Entgasungstank 15 mit Niveausonden 13 ausgerüstet sein. Fig. 1 also shows an important embodiment in which the heat generating unit 1, in particular the reactor 2, comprises recirculation means 8, 15 for recirculating (i.e., repeatedly passing) the catalyst fluid 40, 41 along the catalyst body 4. In particular, the recirculation means comprise a circulating pump 8, which circulates the liquid phase 40 separated in a degassing tank 15. In particular, the circulating pump 8 temporarily or continuously transports the liquid phase 40 in the form of a recirculation flow 70 via return flow pipe 7 in the stationary reactor 2 from the reactor bottom 3b in the direction of the reactor cover 3c. For this purpose, an inlet opening 31b, in particular with an outlet valve 15a, and on the other hand, on the reactor lid 3c an inlet opening 31c for the recirculation flow 70 of the catalyst fluid 4 may be arranged in the reactor 2 on the one hand on the reactor bottom 3b. To regulate the liquid level in the degassing tank 15 and the degassing tank 15 may be equipped with level sensors 13.
[0036] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Rezirkulationsmittel statt Umwälzpumpe 8 und Entgasungstank 15 einen Druckspeichertank 15 ́ umfassen, welcher mittels der dampf- und/oder gasförmigen Phase 41 das Katalysatorfluid 40, 41 umwälzt. Zur Regulierung der Druckspeicherumwälzung kann der Druckbehälter 15 ́ Niveausonden 13 zur Bestimmung des Flüssigkeitspegels im Druckbehälter 15 ́ sowie ein erstes Ventil 15a (unteres Ventil, hier Einlassventil) und ein zweites Ventil 15b (oberes Ventil, hier Auslassventil) für die umzuwälzende Katalysatorfluidströmung 70 aufweisen. Die Regelung kann so erfolgen, dass zunächst bei geschlossenen Ventilen 15a, 15b im Reaktor 2 ein Druckaufbau erfolgt, dann bei geöffnetem Einlassventil 15a und geschlossenem Auslassventil 15b der Druckbehälter 15 ́ sich mit Katalysatorfluid 40, 41 füllt und im Entgasungstank 15 ́ eine Trennung der dampf- oder gasförmigen Phase 41 von der flüssigen Phase 40 erfolgt, dann bei geschlossenen Ventilen 15a, 15b und geöffnetem Auslassventil 30c ein Druckabbau im Reaktor 2 erfolgt, und dann bei geschlossenem Einlassventil 15a und geöffnetem Auslassventil 15b eine starke, druckgetriebene Fluidströmung 70, bevorzugt überwiegend der flüssigen Phase 40, via Rückströmrohr 7 in den oberen Teil des Reaktors 2 stattfindet. Fig. 2 shows an embodiment in which the recirculation means instead of circulation pump 8 and degassing tank 15 comprise a pressure storage tank 15, which by means of the vapor and / or gaseous phase 41, the catalyst fluid 40, 41 circulates. To regulate the accumulator circulation, the pressure vessel 15 may have level sensors 13 for determining the liquid level in the pressure vessel 15 and a first valve 15a (lower valve, here inlet valve) and a second valve 15b (upper valve, here outlet valve) for the catalyst fluid flow 70 to be circulated. The control can be carried out so that first with closed valves 15a, 15b in the reactor 2, a pressure build-up, then with open inlet valve 15a and closed outlet valve 15b of the pressure vessel 15 with catalyst fluid 40, 41 fills and in the degassing tank 15, a separation of the vapor - Or gaseous phase 41 is carried out by the liquid phase 40, then with closed valves 15a, 15b and open outlet valve 30c, a pressure reduction in the reactor 2 is carried out, and then with a closed inlet valve 15a and 15b open exhaust valve a strong, pressure-driven fluid flow 70, preferably predominantly the liquid phase 40, takes place via return flow pipe 7 in the upper part of the reactor 2.
[0037] Wenn der Tank 15 ́ mit Flüssigkeit 40 gefüllt ist, ist auch ein umgekehrter Umwälz- oder Spülvorgang in entgegengesetzter Strömungsrichtung möglich. Dabei wird Druck vom Reaktor 2 über das zweite Ventil 15b (oberes Ventil) in den Druckspeichertank 15 ́ geleitet, der Reaktor 2 über Auslassöffnung 30c druckentlastet und dann der Druckspeichertank 15 ́ über das erste Ventil 15a (unteres Ventil) entleert und dabei die Katalysatorfluidströmung und die Phasen 40, 41 im Reaktor 2 umgewälzt. Die Druckspeicherumwälzung benötigt je nach Bauweise einen erforderlichen Mindest-Differenzdruck. Im Experimentalreaktor 2 konnte gezeigt werden, dass ein Differenzdruck von z.B. 1,5 bar oder höher für eine gute Druckumwälzung ausreichend ist. Ein Vorteil der Druckspeicherumwälzung besteht darin, dass eine Umwälzpumpe für das korrosive WP entfällt. If the tank 15 is filled with liquid 40, a reverse circulation or purging in the opposite direction of flow is possible. In this case, pressure from the reactor 2 via the second valve 15b (upper valve) is passed into the pressure storage tank 15, the reactor 2 pressure relief via outlet port 30c and then the accumulator tank 15 via the first valve 15a (lower valve) emptied while the catalyst fluid flow and the phases 40, 41 circulated in the reactor 2. Depending on the design, the accumulator circulation requires a required minimum differential pressure. In experimental reactor 2 it could be shown that a differential pressure of e.g. 1.5 bar or higher is sufficient for a good pressure circulation. An advantage of accumulator recirculation is that there is no need for a circulation pump for the corrosive HP.
[0038] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann das Reaktorgehäuse 3 ein Druckgefäss 3 für Druckbetrieb sein, welches für Betriebsdrücke z.B. kleiner als 20 bar, insbesondere kleiner als 10 bar, bevorzugt kleiner als 5 bar, ausgelegt ist. Bei solchem Druckbetrieb kann der Reaktor 2 mit hoher Geschwindigkeit vom Restfluid 170 entleert werden. Dadurch kann der bei der Entleerung auftretende Temperaturabfall gering gehalten werden. Für einen Niederdruckbetrieb, z.B. zwischen 2,5 bar und 4 bar, oder einen (weitgehend) drucklosen Betrieb, z.B. unterhalb von 1,5 bar, muss der Reaktor 2 öfters entlüftet werden. Optional kann bei Bedarf die Entleerung des Reaktors 2 vom Restfluid 170 mit einer Pumpe (nicht dargestellt) unterstützt werden. Ein Niederdruckbetrieb bzw. ein druckloser Betrieb hat den Vorteil, dass das Reaktorgefäss 3 nur für geringe Maximaldrücke, z.B. für maximal 5–6 bar bzw. maximal 3 bar, ausgelegt werden muss. Das ergibt wesentliche konstruktive Vereinfachungen, Druckprüfungen sind einfacher oder entfallen und die Betriebssicherheit wird erhöht. Für den Niederdruckbetrieb spricht auch, dass aufgrund der simultanen Wärme- und Sauerstoffproduktion bei der katalytischen Dissoziation von WP die Temperatur und der Druck im Reaktor 2 relativ unabhängig voneinander geregelt werden können, d.h. die Wärmeproduktion läuft auch bei Niederdruckbetrieb effizient ab. According to one embodiment, the reactor housing 3 may be a pressure vessel 3 for pressure operation, which for operating pressures e.g. less than 20 bar, in particular less than 10 bar, preferably less than 5 bar, is designed. In such pressure operation, the reactor 2 may be discharged at high speed from the residual fluid 170. As a result, the temperature drop occurring during the emptying can be kept low. For a low pressure operation, e.g. between 2.5 bar and 4 bar, or a (largely) depressurized operation, e.g. below 1.5 bar, the reactor 2 must be vented more often. Optionally, if required, the emptying of the reactor 2 can be assisted by the residual fluid 170 with a pump (not shown). A low pressure operation has the advantage that the reactor vessel 3 is only for small maximum pressures, e.g. for a maximum of 5-6 bar or a maximum of 3 bar, must be designed. This results in significant design simplifications, pressure tests are easier or omitted and the reliability is increased. Also, for low pressure operation, because of the simultaneous heat and oxygen production in the catalytic dissociation of WP, the temperature and pressure in reactor 2 can be controlled relatively independently, i. The heat production runs efficiently even at low pressure operation.
[0039] Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Moduls 11 ́ für die zuvor diskutierte Wärmeerzeugungseinheit 1. Das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11 ́ umfasst den Katalysatorkörper 4 und einen Wärmetauscher 11 zum Aufheizen des Wärmeträgerfluids 9. Insbesondere kann das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11 ́ im Reaktor 2 angeordnet sein, oder es stellt selber den Reaktor 2 oder dessen wesentlichen Komponenten dar. Wie in Fig. 3 dargestellt kann das integrierte Modul 3 einen Einlassstutzen 5 für zuströmbares Katalysatorfluid 50, einen Auslassstutzen 6 für abzuströmendes Gas 60, besonders Sauerstoff, sowie einen Vorlauf 9 und Rücklauf 10 für das Wärmeträgerfluid 90 aufweisen. Auch ein Wärmespeicher 18 kann vorhanden sein. Fig. 3 shows an embodiment of an integrated catalyst heat exchanger module 11 for the previously discussed heat generating unit 1. The integrated catalyst heat exchanger module 11 comprises the catalyst body 4 and a heat exchanger 11 for heating the heat transfer fluid 9. In particular the integrated catalyst heat exchanger module 11 may be arranged in the reactor 2, or it may itself constitute the reactor 2 or its essential components. As illustrated in FIG. 3, the integrated module 3 may have an inlet connection 5 for flowable catalyst fluid 50, an outlet connection 6 for gas to be discharged 60, especially oxygen, as well as a flow 9 and return 10 for the heat transfer fluid 90 have. Also, a heat storage 18 may be present.
[0040] Gemäss Fig. 3 kann das integrierte Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11 ́ erste Durchströmungskanäle 410 zum Durchströmen des Katalysatorfluids 40, 41 und zweite Durchströmungskanäle 411 zum Durchströmen des Wärmeträgerfluids 90 aufweisen. Dabei sind diverse Varianten möglich, von denen hier einige genannt seien: die ersten und zweiten Durchströmungskanäle 410, 411 können z.B. in unterschiedlichen Ebenen, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sein; und/oder die ersten und zweiten Durchströmungskanäle 410, 411 können im Wesentlichen längserstreckt sein und unter einem vorgebbaren Winkel, insbesondere unter 90° oder 180°, relativ zueinander orientiert sein; und/oder am integrierten Katalysator-Wärmetauscher-Modul 11 ́ können an ersten Flächen ein Verteilvolumen 410a und an zweiten Flächen ein Sammelvolumen 410b zum Durchströmen der ersten Durchströmungskanäle 410 mit dem Katalysatorfluid 40, 41 vorhanden sein, und an dritten Flächen können ein Verteilvolumen 411a und an vierten Flächen ein Sammelvolumen 411b zum Durchströmen der zweiten Durchströmungskanäle 411 mit dem Wärmeträgerfluid 90 vorhanden sein.According to FIG. 3, the integrated catalyst heat exchanger module 11 may have first throughflow channels 410 for flowing through the catalyst fluid 40, 41 and second throughflow channels 411 for flowing through the heat carrier fluid 90. Various variants are possible, some of which are mentioned here: the first and second flow channels 410, 411 may e.g. be arranged in different levels, in particular in alternating order; and or the first and second flow channels 410, 411 may be substantially elongated and oriented at a predeterminable angle, in particular at 90 ° or 180 °, relative to one another; and or On the integrated catalyst heat exchanger module 11, a distribution volume 410a may be present on first surfaces and a collection volume 410b for flowing through the first flow channels 410 with the catalyst fluid 40, 41 on second surfaces, and a distribution volume 411a on fourth surfaces and on fourth surfaces a collecting volume 411 b for flowing through the second flow channels 411 with the heat transfer fluid 90 may be present.
[0041] In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die ersten und zweiten Durchströmungskanäle in konzentrischen Ringzylindern, insbesondere in alternierender Reihenfolge, angeordnet sein und in Gleichstromrichtung oder Gegenstromrichtung durchströmbar sein. Die jeweiligen ersten Durchströmungskanäle können auch in mäandrierender oder anderweitiger Weise seriell hintereinander geschaltet sein oder ringförmig, schraubenförmig oder in sich geschlossen geformt sein, ebenso auch die jeweiligen zweiten Durchströmungskanäle. In other embodiments, not shown, the first and second flow passages may be arranged in concentric ring cylinders, in particular in alternating sequence, and be flowed through in the DC direction or countercurrent direction. The respective first flow passages can also be serially connected one behind the other in a meandering or otherwise manner, or be annular, helical or self-contained, as can the respective second flow passages.
[0042] Die ersten Durchströmungskanäle 410 weisen Material des Katalysatorkörpers 4 auf oder bestehen daraus. Die zweiten Durchströmungskanäle 411 können wärmeleitfähiges Material, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweisen oder daraus bestehen. The first flow channels 410 comprise material of the catalyst body 4 or consist thereof. The second flow channels 411 may comprise or consist of thermally conductive material, in particular copper or aluminum.
[0043] Fig. 4 – 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele. Dort kann oder können auch ein Zerstäuber 230 zur Zerstäubung und/oder ein Verdampfer 23, 24 zur Vorverdampfung, insbesondere zur Kaltverdampfung, von Anteilen der flüssigen Phase 40 des Katalysatorfluids 40, 41 vorhanden und insbesondere im Reaktor 2 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Verdampfer ein akustischer Verdampfer 23, insbesondere Ultraschallverdampfer 23, und/oder ein Kapillarverdampfer 24 sein. FIGS. 4 to 6 show further exemplary embodiments. There may or may also be an atomizer 230 for atomization and / or an evaporator 23, 24 for pre-evaporation, in particular for cold evaporation of portions of the liquid phase 40 of the catalyst fluid 40, 41 present and in particular in the reactor 2. For example, the evaporator may be an acoustic evaporator 23, in particular ultrasonic evaporator 23, and / or a capillary evaporator 24.
[0044] Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem beispielhaft ein Zerstäuber 230, und/oder ein Ultraschallverdampfer 23 und/oder ein Kapillarverdampfer 24 vorhanden sind und das Katalysatorfluid nur noch als Dampfphase oder Gasphase 41 mit dem Katalysatorkörper 4 wechselwirkt. Dadurch kann man auch auf relativ kurzen Durchströmungstrecken bzw. in relativ kurzen Durchströmungskanälen 410 eine weitgehende WP-Dissoziation erreichen und auf Rezirkulationsmittel 8, 15; 15 ́ verzichten. Fig. 5 zeigt die gleiche Anordnung, jedoch mit einem Bypass 12 mit Niveausonden 13, wie schon aus Fig. 1 bekannt, zur Flüssigkeitsstandsmessung. Mit Hilfe der Apparatur 12, 13 kann der Flüssigkeitsstand gemessen und eine Regelung der Einspritzung bzw. des Zerstäubers 230 und/oder des mindestens einen Verdampfers 23, 24 erfolgen. Fig. 4 shows an embodiment in which, for example, a nebulizer 230, and / or an ultrasonic evaporator 23 and / or a capillary evaporator 24 are present and the catalyst fluid interacts only as a vapor phase or gas phase 41 with the catalyst body 4. As a result, extensive WP dissociation can be achieved even on relatively short flow-through paths or in relatively short flow-through channels 410, and recirculation means 8, 15; 15 renounce. Fig. 5 shows the same arrangement, but with a bypass 12 with level sensors 13, as already known from Fig. 1, for liquid level measurement. By means of the apparatus 12, 13, the liquid level can be measured and a control of the injection or the atomizer 230 and / or the at least one evaporator 23, 24 take place.
[0045] Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der Reaktor 2 im «Tropfbetrieb» oder «Schwerkraftbetrieb», d.h. mit Durchströmungsrichtung des Katalysatorfluids 40, 41 vertikal nach unten oder parallel zur Schwerkraft betrieben wird. Hierzu sind die zuvor diskutierte Einlassöffnung 30b für das Katalysatorfluid 40, 41 am Reaktordeckel 3c angeordnet. Zudem sind ein Zerstäuber 230 und/oder mindestens ein Verdampfer 23, 24 (z.B. Ultraschallverdampfer 23 oder Kapillar- oder Verdunstungsverdampfer) vorhanden (wie in Fig. 4 , 5 ), diesmal aber im oberen Teil des Reaktors 2. Zudem sind eine vereinfachte Umwälzung mit Umwälzpumpe 8 (wie in Fig. 1 ), aber ohne Entgasungstank, und ein Bypass 12 mit Niveausonden 13 zur Flüssigkeitsstandsmessung vorhanden. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch einen hocheffizienten Betrieb mit überwiegender Gas- oder Dampfphase 41 des Katalysatorfluids in Kombination mit effizienzsteigernder Flüssigphasen-Umwälzung 70 aus. Fig. 6 shows an embodiment in which the reactor 2 in the "drip" or "gravity mode", i. E. is operated with the flow direction of the catalyst fluid 40, 41 vertically downward or parallel to gravity. For this purpose, the previously discussed inlet opening 30b for the catalyst fluid 40, 41 are arranged on the reactor cover 3c. In addition, an atomizer 230 and / or at least one evaporator 23, 24 (eg ultrasonic evaporator 23 or capillary or evaporation evaporator) are present (as in Fig. 4, 5), but this time in the upper part of the reactor 2. In addition, a simplified circulation with Circulation pump 8 (as in Fig. 1), but without Entgasungstank, and a bypass 12 with level sensors 13 for liquid level measurement available. This embodiment is characterized by highly efficient operation with predominant gas or vapor phase 41 of the catalyst fluid in combination with efficiency enhancing liquid phase recirculation 70.
[0046] Gegenstand der Erfindung ist auch eine Heizung, insbesondere Gebäudeheizung, welche die zuvor beschriebene Wärmeerzeugungseinheit 1 gemäss einer der offenbarten Varianten oder Kombinationen davon umfasst. The invention is also a heating, in particular building heating, which comprises the previously described heat generating unit 1 according to one of the disclosed variants or combinations thereof.
[0047] Insbesondere kann die Heizung eine automatische Regelung 25 aufweisen, mit welcher eine Befüllung 50 des Reaktors 2 mit dem Katalysatorfluid 40, 41, eine Entleerung des Reaktors 2 von Restfluid 170, und, falls vorhanden, eine Rezirkulation durch Steuerung der Rezirkulationsmittel 8, 15; 15 ́ geregelt wird. In particular, the heater may have an automatic control 25, with which a filling 50 of the reactor 2 with the catalyst fluid 40, 41, an emptying of the reactor 2 of residual fluid 170, and, if present, a recirculation by controlling the recirculation means 8, 15; 15 is regulated.
[0048] In Ausführungsbeispielen kann die Heizung z.B. einen Vorratstank für das Katalysatorfluid 40, 41 und einen Wärmeradiator aufweisen (nicht dargestellt), und/oder einen Wärmetauscher 11, 11 ́ für Brauchwasser und/oder Heizungswasser und einen Wärmespeicher 18, insbesondere mit einer warmwassersolaren oder elektrischen Hilfsheizung, aufweisen, und/oder stationär installiert sein oder ein nichtstationäres Heizmodul sein; und/oder eine automatische Regelung 25 aufweisen; insbesondere kann die Regelung 25 ein Einlassventil 30b für das Katalysatorfluid 40, 41 und/oder ein Auslassventil 30c für gasförmige Produkte wie z.B. Sauerstoff (O2) und/oder ein Auslassventil 17 für ein Restfluid 170 regeln.In embodiments, the heater may e.g. a storage tank for the catalyst fluid 40, 41 and a heat radiator have (not shown), and / or a heat exchanger 11, 11 for service water and / or heating water and a heat storage 18, in particular with a hot water solar or auxiliary electric heating, have, and / or be stationary or be a non-stationary heating module; and or have an automatic control 25; In particular, the controller 25 may include an inlet valve 30b for the catalyst fluid 40, 41 and / or an outlet valve 30c for gaseous products such as e.g. Regulate oxygen (O2) and / or an outlet valve 17 for a residual fluid 170.
[0049] In einem Ausführungsbeispiel kann die Heizung für einen Niedertemperaturbetrieb, insbesondere unterhalb von 100 °C, zur Beheizung von Gebäuden ausgelegt sein. Alternativ kann die Heizung für einen Hochtemperaturbetrieb, insbesondere oberhalb von 100 °C, zur Erzeugung von Prozesswärme ausgelegt sein. In one embodiment, the heater for a low-temperature operation, in particular below 100 ° C, be designed for heating buildings. Alternatively, the heater for a high-temperature operation, in particular above 100 ° C, be designed to generate process heat.
[0050] Gegenstand der Erfindung ist auch, wie in Fig. 1 – 6 jeweils gestrichelt dargestellt und als optional offenbart, ein System umfassend eine Wärmeerzeugungseinheit 1 zur katalytischen Dissoziation von Wasserstoffperoxid in Kombination mit einem Zusatzmodul 20, 26, in welchem der bei der Dissoziation des Wasserstoffperoxids (H2O2) am Katalysatorkörper 4 frei werdende Sauerstoff (O2) zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder zur zusätzlichen Wärmeenergie verwendet wird. In einem Ausführungsbeispiel kann zwischen der Wärmeerzeugungseinheit 1 und dem Zusatzmodul 20, 26 ein Sauerstoffspeichertank 19 angeordnet sein, und/oder können Mittel zur Zuführung eines Reaktionspartners, insbesondere von Wasserstoff (H2), vorhanden sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Zusatzmodul um eine Brennstoffzelle 20, in welcher der Sauerstoff (O2) mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H2) in einer stillen Verbrennung zu Wasser und Strom umsetzbar ist, oder es handelt sich um eine Zusatzheizung 26, in welcher der Sauerstoff (O2) mit geeignet zugeführtem Wasserstoff (H2) in einer exothermen Verbrennung zu Wasser und Wärmeenergie umsetzbar ist. Durch einen Betrieb mit zwei Brennstoffen, insbesondere Wasserstoffperoxid und Wasserstoff, kann zusätzliche Wärme und bei Bedarf Strom produziert werden. The invention is also, as shown in dashed lines in Figures 1 - 6 and disclosed as optional, a system comprising a heat generating unit 1 for the catalytic dissociation of hydrogen peroxide in combination with an additional module 20, 26, in which in the dissociation the hydrogen peroxide (H2O2) on the catalyst body 4 liberated oxygen (O2) is used to generate electrical energy and / or additional heat energy. In one exemplary embodiment, an oxygen storage tank 19 can be arranged between the heat generation unit 1 and the additional module 20, 26, and / or means for supplying a reactant, in particular hydrogen (H 2), can be present. The additional module is preferably a fuel cell 20, in which the oxygen (O 2) with suitably supplied hydrogen (H 2) can be converted into water and electricity in a silent combustion, or it is an additional heater 26, in which the oxygen (O2) with suitably supplied hydrogen (H2) in an exothermic combustion to water and heat energy can be implemented. By operating with two fuels, especially hydrogen peroxide and hydrogen, additional heat and power can be produced as needed.
[0051] Die offenbarte Wärmeerzeugungseinheit 1 bzw. Heizung bzw. das offenbarte System sind besonders zur Beheizung von Gebäuden geeignet, die nach modernen Standards gut isoliert sind. Bei Umrüstung von herkömmlichen Brennmedien, insbesondere Öl, kann ein vorhandener Öltank z.B. durch Innenbeschichtung mit geeigneten Kunststoff-Folien zu einem WP-Tank umgerüstet werden. Der WP-Tank kann generell aus den gleichen nicht-korrosiven Materialien wie das Reaktorgehäuse 3 (wie zuvor offenbart) bestehen. The disclosed heat generating unit 1 or heating or the disclosed system are particularly suitable for heating buildings that are well insulated to modern standards. When converting from conventional firing media, especially oil, an existing oil tank can e.g. be converted by internal coating with suitable plastic films to a WP tank. The WP tank may generally consist of the same non-corrosive materials as the reactor housing 3 (as previously disclosed).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
[0052] <tb>1<SEP>Heizung, Heizungsmodul, Wärmeerzeugungseinheit <tb>2<SEP>Reaktor <tb>2a<SEP>Längsachse des Reaktors <tb>3<SEP>Reaktorgehäuse, Druckgehäuse, thermisch isoliertes Gehäuse <tb>3a<SEP>Reaktormantel <tb>3b<SEP>Reaktorboden <tb>3c<SEP>Reaktordeckel <tb>30b<SEP>Einlassöffnung für Katalysatorfluid (z.B. H2O2-haltiges Gemisch), Einlassventil <tb>30c<SEP>Auslassöffnung für gasförmiges Produkt (z.B. Sauerstoff (O2) ), Überdruckventil <tb>31b<SEP>Auslassöffnung für Rezirkulationsströmung (Katalysatorfluid, z.B. H2O2-haltiges Gemisch), Auslassventil <tb>31c<SEP>Einlassöffnung für Rezirkulationsströmung (Katalysatorfluid, z.B. H2O2-haltiges Gemisch) <tb>32<SEP>Temperatursensor <tb>33<SEP>Drucksensor <tb>4<SEP>Katalysator, Keramikkörper, Kordieritkörper <tb>4a<SEP>Längsachse des Katalysators <tb>40<SEP>Katalysatorfluid, Katalysatorflüssigkeit <tb>41<SEP>Katalysatorfluid, Katalysatordampf, Katalysatorgas <tb>400<SEP>Katalysatorfluidströmung <tb>410<SEP>erste Durchströmungskanäle (für Katalysatorfluid) <tb>410a<SEP>erstes Verteilvolumen, erstes Sammelvolumen <tb>411<SEP>zweite Durchströmungskanäle (für Wärmeträgerfluid) <tb>411a<SEP>zweites Verteilvolumen, zweites Sammelvolumen <tb>4a<SEP>Längsachse des Katalysatorkörpers <tb>5<SEP>Zulauf für Katalysatorfluid <tb>50<SEP>Strömung <tb>6<SEP>Ausströmrohr für gasförmiges Produkt (z.B. Sauerstoff (O2)-Dampf-Gemisch) <tb>60<SEP>Gasströmung <tb>7<SEP>Rückströmrohr, Leitung <tb>70<SEP>Rezirkulationsströmung (Katalysatorfluid, z.B. H2O2-haltiges Gemisch) <tb>8<SEP>Umwälzpumpe <tb>9<SEP>Vorlauf für Wärmeträgerfluid, Nutzwasser (Brauchwasser, Heizungswasser) <tb>90<SEP>Wärmeträgerfluid, Nutzwasserströmung <tb>10<SEP>Rücklauf für Wärmeträgerfluid, Nutzwasser (Brauchwasser, Heizungswasser) <tb>11<SEP>Wärmetauscher <tb>11 ́<SEP>integrierter Katalysator-Wärmetauscher <tb>12<SEP>Bypass für Niveauregulierung für Katalysatorfluid (z.B. H2O2-haltiges Gemisch) <tb>13<SEP>Niveausonden (für Katalysatorflüssigkeitsstand) <tb>14<SEP>Anschluss für Armaturen (z.B. Drucksensor, Temperatursensoren) <tb>15<SEP>Entgasungstank <tb>15 ́<SEP>Druckbehälter, Druckspeichertank <tb>150<SEP>Druckspeicherströmung <tb>151<SEP>Druckförderströmung <tb>15a, 15b<SEP>Ventile <tb>16<SEP>Druckspeicherleitung, Leitung <tb>17<SEP>Auslassöffnung, Auslassventil, Restfluidauslass, (Rest)Wasserauslass, <tb>170<SEP>Restfluid, (Rest)Wasserströmung <tb>171<SEP>Vorwärmetauscher, Vorwärmer für Katalysatorfluid <tb>18<SEP>Wärmespeicher, Warmwasserspeichertank <tb>19<SEP>Sauerstoffspeicher <tb>20<SEP>Brennstoffzelle <tb>21<SEP>federnde Lagerung <tb>21 ́<SEP>Anregungsmittel, Rüttler <tb>22<SEP>Anregungsmittel, akustische Quelle <tb>23<SEP>Verdampfer, Ultraschallverdampfer <tb>230<SEP>Zerstäuber <tb>24<SEP>Verdampfer, Kapillarverdampfer <tb>25<SEP>Heizungsregelung, Reaktorsteuerung <tb>26<SEP>Zusatzheizung, Nachbrenner mit reinem Sauerstoff <tb>d1<SEP>Abstand zwischen Reaktorboden und Keramikkörper <tb>d2<SEP>Abstand zwischen benachbarten Keramikkörpern <tb>WP<SEP>Wasserstoffperoxid, H2O2[0052] <tb> 1 <SEP> Heating, heating module, heat generating unit <Tb> 2 <September> reactor <tb> 2a <SEP> Longitudinal axis of the reactor <tb> 3 <SEP> Reactor housing, pressure housing, thermally insulated housing <Tb> 3 <September> reactor shell <Tb> 3b <September> reactor bottom <Tb> 3c <September> reactor cover <tb> 30b <SEP> Inlet opening for catalyst fluid (e.g., H2O2-containing mixture), inlet valve <tb> 30c <SEP> Gaseous product discharge port (e.g., oxygen (O2)), relief valve <tb> 31b <SEP> Recirculation flow outlet port (catalyst fluid, e.g., H2O2-containing mixture), exhaust valve <tb> 31c <SEP> Recirculation Flow Inlet Portion (Catalyst fluid, e.g., H2O2-containing mixture) <Tb> 32 <September> Temperature Sensor <Tb> 33 <September> Pressure Sensor <tb> 4 <SEP> Catalyst, ceramic body, cordierite body <tb> 4a <SEP> Longitudinal axis of the catalyst <tb> 40 <SEP> catalyst fluid, catalyst fluid <tb> 41 <SEP> catalyst fluid, catalyst vapor, catalyst gas <Tb> 400 <September> catalyst fluid flow <tb> 410 <SEP> first flow channels (for catalyst fluid) <tb> 410a <SEP> first distribution volume, first collection volume <tb> 411 <SEP> second flow channels (for heat transfer fluid) <tb> 411a <SEP> second distribution volume, second collection volume <tb> 4a <SEP> Longitudinal axis of the catalyst body <tb> 5 <SEP> Feed for catalyst fluid <Tb> 50 <September> Flow <tb> 6 <SEP> Gaseous product discharge pipe (e.g., oxygen (O 2) vapor mixture) <Tb> 60 <September> gas flow <tb> 7 <SEP> Return pipe, pipe <tb> 70 <SEP> recirculation flow (catalyst fluid, e.g., H2O2-containing mixture) <Tb> 8 <September> Circulation <tb> 9 <SEP> Flow for heat transfer fluid, service water (service water, heating water) <tb> 90 <SEP> Heat transfer fluid, working water flow <tb> 10 <SEP> Return for heat transfer fluid, service water (service water, heating water) <Tb> 11 <September> Heat Exchanger <tb> 11 <SEP> integrated catalyst heat exchanger <tb> 12 <SEP> Bypass for Level Control for Catalyst Fluid (e.g., H2O2-Containing Mixture) <tb> 13 <SEP> Level Probes (for Catalyst Fluid Level) <tb> 14 <SEP> Connection for fittings (e.g., pressure sensor, temperature sensors) <Tb> 15 <September> degassing tank <tb> 15 <SEP> Pressure vessel, accumulator tank <Tb> 150 <September> accumulator flow <Tb> 151 <September> pressure feed flow <tb> 15a, 15b <SEP> valves <tb> 16 <SEP> Accumulator line, line <tb> 17 <SEP> outlet port, exhaust valve, residual fluid outlet, (residual) water outlet, <tb> 170 <SEP> residual fluid, (residual) water flow <tb> 171 <SEP> Preheat exchanger, preheater for catalyst fluid <tb> 18 <SEP> Heat storage, hot water storage tank <Tb> 19 <September> oxygen storage <Tb> 20 <September> Fuel Cell <tb> 21 <SEP> resilient storage <tb> 21 <SEP> Stimulant, vibrator <tb> 22 <SEP> Stimulus, acoustic source <tb> 23 <SEP> Evaporator, ultrasonic evaporator <Tb> 230 <September> nebulizer <tb> 24 <SEP> Evaporator, capillary evaporator <tb> 25 <SEP> Heating control, reactor control <tb> 26 <SEP> Additional heating, afterburner with pure oxygen <tb> d1 <SEP> Distance between reactor bottom and ceramic body <tb> d2 <SEP> Distance between adjacent ceramic bodies <tb> WP <SEP> Hydrogen peroxide, H2O2
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