DE3125276C2

DE3125276C2 - Metall-Hydridspeicher

Info

Publication number: DE3125276C2
Application number: DE3125276A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Halene; Franz-Josef Dipl.-Ing. 4837 Verl Henrichs; Ernst Dr.-Ing. 4018 Langenfeld Lange; Karl-Ludwig 4690 Herne Strack
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1983-06-16
Also published as: IT8220786A0; FR2508596A1; US4446111A; GB2103348A; IT8220786A1; JPS588899A; BR8203052A; JPH0235681B2; GB2103348B; FR2508596B1; IT1190777B; DE3125276A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckgasbehälter für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie zur Gasspeicherung auf der Basis einer Gas/Feststoffreaktion, bestehend aus einem rohrförmigen mit Speichermasse verfüllten Einzelbehälter oder aus einem Bündel zusammengefaßter Einzelbehälter, einer Gaszuführung, einem Be- bzw. Entgasungsrohr und einem Gassammler. Bisher bekannte Druckgasbehälter mußten, damit eine einwandfreie Be- und Entlademöglichkeit bestand, mit verhältnismäßig geringen Volumen gefertigt werden und es ist die Aufgabe der Erfindung, den Druckgasbehälter so auszugestalten, daß er sowohl ein hohes spezifisches Fassungsvermögen, ein geringes Gewicht, eine schnelle und hochwirksame Be- und Entladung sowie eine hohe Lebensdauer aufweist. Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß in dem Einzelbehälter zur Behälterachse radial gerichtete Schottbleche angeordnet sind, die einen zylindrischen Außensteg aufweisen und unter Vorspannung gegen die Innenwandung des Behälters dicht abschließen und daß die Schottbleche Innenstege aufweisen, mit denen sie ein zentrales Gasrohr dicht umschließen.

Description

15

20

25

Die Erfindung betrifft einen Metaü-Hydridspeicher zur Speicherung von Wasserstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 28 41333 ist ein Hydridspeicher bekannt, der mit einer Spdchernv-.sse gefüllt ist, die in mehreren Schichten aufeinanderliegt.

Die Schichten in einem derartij-^n Speicher durch Trennwände zu unterteilen, die senkrecht zum Füllbzw. Entnahmerohr gerichtet sind, ist aus dem JP-Abstract 52-14 210 bekannt, wobei allerdings diese Trennwände aus gesintertem porösem Material bestehen, also gasdurchlässig sind.

Ein Nachteil bekannter Vorrichtungen besteht darin, daß große Volumenanteile zu weit von der Behälterwandung oder auch von dem eben erwähnten Röhrensystem entfernt liegen, so daß eine hochwirksame Adsorption und Desorption unter Kühl- bzw. Heizwirkung nicht erreicht werden kann. Aus diesem Grunde werden bei bekannten Ausführungen die Behälterdurchmesser S30 mm gewählt. Unter Nutzung der auf diese Weise vergrößerten Wärmetauscherfläche ergeben sich zwar bessere Be- und Entladungszeiten, so jedoch ist der technische Aufwand erheblich. Dies zeigt sich um so mehr bei der Erstellung von Bündeleinheiten, da neben der Fertigung einer Vielzahl von Kleinbehältern ein komplizierter und aufwendiger Gassammler erforderlich ist.

Ein weiterer grundsätzlicher Nachteil ergibt sich aus der geometrischen Anordnung der Einzelbehälter bei Be- und Entladevorgängen. Da Metallpulver eine unverhältnismäßig schlechte Wärmeleitung zeigen, werden die an Wärmetauscherflächen direkt angrenzenden Volumenanteile noch relativ gut erfaßt. Das weiter zum Zentrum hin angelagerte Metallpulver hingegen ist jedoch mit deutlich sich verschlechternden Wirkungsgraden thermisch beeinflußbar, so daß Be- bzw. Entladevorgänge dieser Volumenanteile in erheblieh vergrößertem Maße ablaufen. Es ist daher bei der Herstellung von Hydridspeichern Stand der Technik, daß das Speichermetall in Pulverform mit gut wärmeleitenden Beimengungen, beispielsweise feinstem Aluminiumpulver, vermischt wird. Diese Beimengungen, anteilig mit 5—10 Gewichts-% ausgeführt, zeigen unter Bildung einer Matrix eine gewisse Wirkung, jedoch geht ein erheblicher Volumenanteil zur Einlagerung aktiver Speichermasse verloren. Auch ist die Gefahr der Entmischung gegeben. Bei bekannten Hydridspeicherkonstruktionen in Form von rohrförmig ausgebildeten Einzelbehältern ist ebenfalls nicht auszuschließen, daß das eingebrachte Metallpulver sich partiell verlagert, sich damit unterschiedlich verdichtet und ggf. Hohlräume bildet Insbesondere bei Verwendung auf dem Kraftfahrzeugsektor ist unter dem Einfluß von Erschütterungen und einer Vielzahl von Be- und Entladevorgängen dieser Sachverhalt gegeben. Löst sich unter ^paltwirkung die Pulverfüllung von der Innenoberfläche des Rohrbehälters, so wird in diesem Bereich der Wärmeübergang entsprechend reduziert Eine unerwünschte Verdichtung unter Aufbeulen des Behälters bis zum Bruch erhöht in hohem Maße die Unfallgefahr. (Vgl. Philips Research Reports Suppl. 1976,1, S. 26.)

Zum verbesserten Wärmeaustausch in Hydridspeichern unter Aufnahme oder Abgabe von Wasserstoff ist vorgeschlagen worden (DE-OS 25 58 690), daß Behälter mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt zum Einsatz kommen, die sich unter eines in Strömungsrichtung einwirkenden Energiekreislaufes stetig oder bei Queranströmungen stufenweise verjüngen. Dabei ist eine dem Temperaturverhalten angepaßte Wechselwirkung zu erwarten, jedoch stehen diesem Vorschlag erhöhte Fertigungskosten bei verminderter Raumnutzung entgegen.

Zur Egalisierung des Wasserstoffentladestroms sind Behälterausführungen insbesondere bei abgasbeheizten Hochtemperaturspeichern bekannt (Abgastemperaturen 300—700° C) deren rohrförmige Einzelbehälter vom Abgasstrom quer angeströmt werden und der Abgasstrom unter anderm über Kaskaden geführt wird. Diese Vorgehensweise soll eine örtlich begrenzte hochwirksame Wärmezufuhr bewirVen. Sie hat jedoch bei asymmetrischer Wärmezufuhr zur Folge, daß unterschiedlich erzeugte Wärmespannungen eine fortschreitende Deformation und Zerstörung des Speichers bewirken.

Es ist bekannt, daß durch Einwirkung von Wasserstoff die Speichermasse in feinste Partikel zerfällt (Sl μπι). Es entsteht beim Entnehmen von Wasserstoff somit die Gefahr, daß Speichermasse vom Volumenstrom ausgetragen wird und beispielsweise die Funktion eines Kraftfahrzeuges beeinträchtigt. Üblich ist der Einsatz von gesinterten Metallfiltern. Es ist dabei jedoch nicht auszuschließen, daß durch Eindringen von Speichermasse diese Filter verstopft werden und somit den Gasstrom beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es. einen Metall-Hydridspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er ein hohes spezifisches Fassungsvermögen, ein geringes Gewicht, eine schnelle und hochwirksame Be- und Entladbarkeit ermöglicht und darüberhinaus eine hohe Lebensdauer und eine hohe Sicherheit aufweist; ferner soll er eine Standardisierung und Typisierung geeigneter Baugruppen sowohl für stationäre als auch mobile Verwendung ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Druckgasbehälter vorgeschlagen, wie er im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 beschrieben ist.

Der erfindungsgemäße Druckgasspeicher hat eine Reihe von Vorteilen, z. B.:

a) Die Schottbleche — unter Vorspannung eingesetzt — verhindern eine Entmischung des aktiven Speichermaterials mit evtl. vorzunehmenden Beimischungen über den von zwei benachbarten Schottblechen begrenzten Raum hinaus.

b) Die Schottbleche verhindern bei unfallbedingten Behälterbrüchen, daß mit dem leicht entflammbaren Wasserstoff die in pyrophorer Form zu feinsten Partikelchen zerfallenden Pulverteilchen ungehindert mit ausgetragen werden können. Darüber hinaus gewährleistet die Anordnung einer Abschottung in schmelzhemmender Ausführung, indem

z. B. bei verringertem Schottblechabstand der Zwischenraum mit Sand verfüllt ist, eine Einschränkung der Brandgefahr in besonderem Maße.

c) Die Schottbleche ermöglichen die Bereitstellung des Speichermaterials in Form formstabiler Pellets, in derv; sie in Verbindung mit aktiver Speichermasse verpreßt und auf diese Weise bruchunempfindlich gemacht, in Einzelbehälter eingebracht werden.

d) Die Schottbleche bewirken neben der radial gerichteten Energiezu- bzw. -abfuhr einr.n axial gerichteten Energieaustausch. Das bedeutet über eine Intensivierung des Austausches hinaus eine vergleichmäßigende Wirkung in bezug auf die zylinderförmige Volumenanordnung des Speichermaterials und eine ebensolche Wirkung auf die thermische Beanspruchung der Behälterwandung, wobei die beispielsweise unter hohen Temperaturen zugeführte Abgasenergie eines Kraftfahrzeuges mittels der Schottbleche bereits entgaste Pulverzonen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit überbrückt und somit die der Behälterwandung entfernt liegenden Volumenanteile nutzbringend einbezieht. Außerdem wird der Energietausch auch Ji sichergestellt, wenn das Speichermaterial, aus welchem Grund auch immer, nicht mehr in direktem Kontakt mit der Behälterwand steht.

e) Die Schottbleche begünstigen den Gastransport in radialer Richtung, da bei Entladevorgängen die an *o die Oberfläche der Schottbleche angrenzenden Pulverschichten vorrangig entladen werden und unter Volumenverminderung den Weg für einen günstigeren Wasserstoffzufluß zum zentral angeordneten Gasrohr ermöglichen.

In den Zeichnungen sind mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Druckgasbehälters schematisch dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Druckgasbehälters im Längsschnitt,

F i g. 2 einen Einrohrspeicher im Längsschnitt

In F i g. 1 nimmt das mit einer hinteren Verschlußkappe 2 und vorderen Verschlußkappe 3 verschlossene Behälterrohr aktive Speichermasse 4 auf, wobei durch Schottbleche 5 die Speichermasse 4 unterteilt ist. Die in radialer Stellung eingebrachten Schoubleche 5 liegen im einzelnen betrachtet mit ihren zylindrisch ausgebildeten Außenstegen 6 dicht verpreßt an der Innenoberfläche des BeMlterrohres 1 an. Die Schoubleche 5 sind mit einem Innensteg 7 versehen, der dicht an der Wandung des Gasrohres 8 anliegt. Dieses Gasrohr 8, mit Querbohrungen 9 versehen, ist über seine Länge mit Metallwolle 10 verfüllt. Den Anschluß gegen tine gesinterte Filterscheibe 11 bildet ein hochverdichteter Pfropfen aus Keramikwolle 12.

Eine in größeren Abständen mit Feinsand verfüllte Abschottung 13 zeigt, in größeren Abständen angeordnet, eine hochwirksame Sicherung gegan Brandgefahr. Ein Gassammler verbindet über Gasnippel 15 die zum Bündel gefaßten Einzelbehälter. Der Mantel 16 mit Ein- und Auslaß 17 und 18 umgibt das Bündel.

F i g. 2 zeigt den Längsschnitt durch den Aufbau eines erfindungsgemäßen »Einrohrspeichers«. Dabei unterteilen Schottbleche 21 die Speichermasse 23. Ein Röhrensystem 22 gewährleistet den axialen Durchfluß eines Kühl- bzw. Heizkreislaufes. Die Stege 20 der Schottbleche 21 dichten gegen die Innenwand des Behälters 19 und gegen die Wandung des Röhrensystems 22 ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metall-Hydridspeicher zur Speicherung von Wasserstoff, bestehend aus einem rohrförmigen mit Speichermasse gefüllten Einzelbehälter oder aus einem Bündel zusammengefaßter Einzelbehälter, einer Gaszuführung, einem in der jeweiligen Behälterachse angeordneten zentralen Füll- bzw. Entnahmerohr für den Wasserstoff, einem Gassammler, und senkrecht zu dem Füll- bzw. Entnahmerohr gerichteten Trennwänden, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5, 21) als gasundurchlässige Schottbleche ausgebildet sind, die einerseits mit einem umgebogenen Innenrand (7, 20) das zentrale Füll- bzw. Entnahmerohr (10,22) abdichtend umschließen, und andererseits mit einem umgebogenen Außenrand (6, 20) unter Vorspannung gegen die Innenwand (3,19) des Behälters abdichtend anliegen.

2. MetaC-tfydridspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottbleche mit einer aktiven Speichermasse (4, 23) einen vorgefertigten Verbundkörper in Form eines Pellets bilden.

10