-
Hintergrund
der Erfindung
-
Bereich der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gasspeichertank zum
Speichern von Gas und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen
Gasspeichertanks.
-
Verschiedene
Gasspeichertanks wurden vorgeschlagen, um ein Gas zu speichern.
Ein bekanntes Verfahren zum Speichern eines Gases ist die Absorption
oder Adsorption eines Gases in einem ausgewählten Gas-Absorber/Adsorber.
Ein Beispiel ist ein Wasserstoffspeichertank mit einer Wasserstoffspeicherlegierung.
Der Wasserstoffspeichertank hat beispielsweise einen zylindrischen
Behälter,
der mit einer Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt ist und ein oder zwei offene
Enden hat, welche durch einen Flansch abgedichtet sind.
-
In
dem Gasspeichertank, der den Gas-Absorber/Adsorber enthält, beschleunigt
eine Erhöhung des
Gaszuführdrucks
zum Gasspeichertank eine Absorption oder Adsorption des Gases. Die
Erhöhung des
Gaszuführdrucks
zum Gasspeichertank ermöglicht,
dass eine größere Quantität an Gas
in einer komprimierten Form in Hohlräumen, die im Gasspeichertank
ausgebildet sind, zusätzlich
zur Absorption oder Adsorption des Gases in dem Gas-Absorber/Adsorber
gespeichert wird. Es ist erforderlich, dass der Gasspeichertank
eine ausreichende Stabilität
gegen den höheren
Druck im Gasspeichertank aufweist. Der höhere Innendruck des Gasspeichertanks
kann Schwierigkeiten beim Abdichten der Öffnung des Behälters mit
dem Flansch oder beim Aufrechterhalten einer ausreichenden Luftdichtheit
des Behälters
mit einer Dichtung verursachen. Jedoch wurden keine intensiven Studien
bezüglich
des Aufbaus des Gasspeichertanks, der mit Gas-Absorber/Adsorber
gefüllt
ist und in der Lage ist Hochdruck-Gas zu speichern, durchgeführt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik
auszuschalten und eine Technik zum Herstellen des Gasspeichertanks bereitzustellen,
die eine ausreichende Leistungsfähigkeit
eines Gas-Absorber/Adsorbers
sicherstellt, der darin enthalten ist und in der Lage ist ein Hochdruck-Gas
zu speichern.
-
Um
zumindest einen Teil der vorstehenden und andere verwandte Aufgaben
zu erreichen, ist eine erste Anwendung der vorliegenden Erfindung auf
ein Verfahren zum Herstellen des Gasspeichertanks zum Speichern
eines Gases gerichtet. Das Herstellungsverfahren der ersten Anwendung
beinhaltet die Schritte: Bereitstellen einer hohlen Fülleinheit
und eines Metall-Außenwandelements,
das die Fülleinheit
darin aufnimmt; Füllen
der Fülleinheit
mit einem Gas-Absorber/Adsorber zum Absorbieren und/oder Adsorbieren
des Gases; Anbringen des lösbaren
Verschlusselements an die Fülleinheit,
um eine Öffnung
der Fülleinheit
zu versperren, die mit dem Absorber/Adsorber gefüllt wird und Platzieren der
Fülleinheit,
die mit dem Absorber/Adsorber gefüllt ist, in dem Außenwandelement
durch eine Öffnung, die
in dem Außenwandelement
ausgebildet ist; Verengen der Öffnung
des Außenwandelements
nach dem Anordnen der Fülleinheit
in dem Außenwandelement;
Wärmebehandlung
des Außenwandelements
mit der verengten Öffnung
unter Verwendung einer Wasserabkühlung;
und Lösen
des Verschlusselements von der Fülleinheit,
die in dem Außenwandelement
untergebracht ist, nach der Wärmebehandlung
und Verbinden der Innenseite der Fülleinheit mit der Außenseite
des Außenwandelements über die verengte Öffnung des
Außenwandelements,
so dass ein Speichern und Freilassen von Gas in bzw. aus dem Absorber/Adsorber
erlaubt wird.
-
Beim
Herstellungsverfahren des Gasspeichertanks wird ein lösbares Verschlusselement
an die Fülleinheit
angebracht, um die Öffnung
der Fülleinheit
zu versperren, die mit Absorber/Adsorber gefüllt wird und zwar vor der Wärmebehandlung.
Diese Anordnung verhindert effektiv, dass Absorber/Adsorber, der
in die Fülleinheit
eingebracht ist, beim Wasser-Abkühlschritt
der Wärmebehandlung
nass wird. Es ist extrem schwierig, nassen Absorber/Adsorber nach
dem Einbringen in die Fülleinheit
zu trocknen. Wenn der Absorber/Adsorber einmal nass ist, kann dies
sein Gas-Absorbier/Adsorbier-Vermögen verringern.
Das Anbringen des lösbaren
Verschlusselements an die Fülleinheit
verringert effektiv solche potentiellen Probleme des Absorbers/Adsorbers.
Nach der Wärmebehandlung
unter Wasserabkühlung
wird das Verschlusselement von der Fülleinheit entfernt, um die Öffnung der
Fülleinheit
wieder zu öffnen.
Die Öffnung
der Fülleinheit
fungiert als Gaskanal zum Speichern und Freilassen des Gases in
und aus dem Absorber/Adsorber, der in die Fülleinheit eingebracht ist.
-
Beim
Herstellungsverfahren des Gasspeichertanks der Erfindung wird die Öffnung des
Außenwandelements
verengt, nachdem die Fülleinheit
im Außenwandelement
angeordnet ist. Diese Anordnung stellt die ausreichende Größe der Öffnung des Außenwandelements
zum problemlosen Anordnen der Fülleinheit
im Außenwandelement
sicher. Nach dem Einfügen
der Fülleinheit
wird die Öffnung
des Außenwandelements
verengt, um die ausreichende Luftdichtheit des Außenwandelements
gegen den inneren Gasdruck aufrechtzuerhalten. Beim Herstellungsverfahren
wird vor dem Anordnen der Fülleinheit
im Außenwandelement
und der Verengung der Öffnung
des Außenwandelements
der Absorber/Adsorber in die Fülleinheit
eingebracht. Dies stellt ein einfaches Einbringen des Absorbers/Adsorbers
im Außenwandelement
sicher. Die Wärmebehandlung unter
Wasserabkühlung
verbessert effektiv die Stabilität
des Außenwandelements.
Die Wärmebehandlung
wird ausgeführt
nachdem die Öffnung
des Außenwandelements
verengt wird. Diese Anordnung verhindert, dass die Effekte der Wärmebehandlung durch
den Verengungsprozess der Öffnung
zunichte gemacht werden.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
Herstellungsverfahrens der ersten Anwendung speichert der Gasspeichertank
Wasserstoff, welcher Absorber/Adsorber beinhaltet zumindest eine
Wasserstoffspeicherlegierung und das Außenwandelement besteht aus
Metall, welches Aluminium beinhaltet.
-
Aluminium
hat eine exzellente thermische Leitfähigkeit und ist leicht. Ein
Behälter
aus Aluminium (Aluminiumlegierung) ist fähig Hochdruck-Wasserstoff ohne
Entweichen zu speichern. Das heißt, Aluminium ist ein bevorzugtes
Material für
das Außenwandelement,
welches zu einem Wasserstoffspeichertank gehört. Das Außenwandelement, welches Aluminium
aufweisendes Metall beinhaltet, durchläuft eine Wärmebehandlung unter Wasserabkühlung, was
die Zeitfestigkeit des Außenwandelements
verbessert.
-
Bei
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Herstellungsverfahrens der ersten Anwendung kann die Fülleinheit
einen Rippenaufbau aufweisen, der in Kontakt mit dem Absorber/Adsorber kommt.
-
Dieser
Aufbau verbessert wünschenswerter Weise
die thermische Leitfähigkeit
der Fülleinheit
und setzt effektiv die Wärme
frei, die durch den Absorber/Adsorber beim Prozess der Absorption
oder Adsorption des Gases erzeugt wird, so dass die Absorption oder
Adsorption des Gases in den Absorber/Adsorber beschleunigt wird.
-
In
einem bevorzugten Aufbau dieses Ausführungsbeispiels weist die Fülleinheit
den Rippenaufbau auf, der durch Schichten zahlreicher dünnen Plattenelemente
mit Durchgangslöchern
ausgebildet wird und der Absorber/Adsorber wird in die Hohlräume eingebracht,
die zwischen den zahlreichen dünnen
Plattenelementen in der Fülleinheit
ausgebildet sind und gegenseitig über Durchgangslöcher, die
in den zahlreichen dünnen
Plattenelementen ausgebildet sind, verbunden sind.
-
Die
Schichtung der zahlreichen dünnen
Plattenelemente verbessert effektiv die thermische Leitfähigkeit
in der Fülleinheit
und vereinfacht wünschenswerter
Weise das Einsetzen des Rippenaufbaus in die Fülleinheit. Der Absorber/Adsorber
wird über
die Durchgangslöcher,
welche in den dünnen Plattenelementen
ausgebildet sind, in die Hohlräume der
Fülleinheit
eingebracht. Die Fülleinheit
dieses ziemlich komplizierten Aufbaus stellt ein einfaches Packen
des Absorbers/Adsorbers sicher, da der Absorber/Adsorber in die
Fülleinheit
eingebracht wird, bevor die Fülleinheit
im Außenwandelement
angeordnet wird.
-
In
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
des Herstellungsverfahrens der ersten Anwendung weist die Fülleinheit
einen Kühlmittelkanal auf,
durch den ein Kühlmittel
strömt.
Das Herstellungsverfahren weist des weiteren folgende Schritte auf:
Verbinden des Kühlmittelkanals
mit der Außenseite
des Außenwandelements über die
verengte Öffnung,
um Kühlmittel
zum Kühlmittelkanal
zuzuführen oder
aus dem Kühlmittelkanal
abzuführen.
-
Der
Kühlmittelkanal,
der in der Fülleinheit
angeordnet ist, erleichtert die Kühlung und Erwärmung des
Absorbers/Adsorbers und verbessert somit die Effektivität der Gas-Absorption
oder -adsorption und des Gasfreilassens. Die Fülleinheit dieses ziemlich komplizierten
Aufbaus stellt ein einfaches Packen des Absorbers/Adsorbers sicher,
da der Absorber/Adsorber in die Fülleinheit eingebracht wird,
bevor die Fülleinheit
im Außenwandelement
angeordnet wird.
-
Die
erste Anwendung der Erfindung ist nicht auf das Herstellungsverfahren
des Gasspeichertanks wie vorstehend beschrieben beschränkt, sondern kann
in irgendeiner anderen unterschiedlichen Form angewendet werden,
beispielsweise als Gasspeichertank, der durch das Herstellungsverfahren
des Gasspeichertanks hergestellt wird.
-
Eine
zweite Anwendung der Erfindung ist auf einen Gasspeichertank zum
Speichern eines Gases gerichtet. Der Gasspeichertank der zweiten
Anwendung weist folgende Elemente auf: einen Tank, der eine Öffnung hat,
die zumindest an einem seiner zwei Enden ausgebildet ist; eine Fülleinheit,
die in dem Tank aufgenommen ist; und ein Unterstützungselement, das zwischen
dem Tank und der Fülleinheit
angeordnet ist und die Fülleinheit
im Tank hält,
um eine gesamte Spalte, die zwischen dem Tank und der Fülleinheit
ausgebildet ist, mit der Öffnung
zu verbinden.
-
In
dem Gasspeichertank dieses Aufbaus, ist die gesamte Spalte, die
zwischen dem Tank und der Fülleinheit
ausgebildet ist, mit zumindest einer Öffnung verbunden, welche im
Tank ausgebildet ist. Diese Anordnung stellt eine einfache Zirkulation
der Wasserströmung
durch den Tank sicher und ermöglicht,
dass der Tank mit Wasser beim Wärmebehandlungsprozess
abrupt abgekühlt
wird. Die Wärmebehandlung
unter Wasserabkühlung
verbessert effektiv die Stabilität
des Tanks des Gasspeichertanks.
-
Beim
Gasspeichertank der zweiten Anwendung kann die Fülleinheit mit einem Absorber/Adsorber
zum Absorbieren und/oder Adsorbieren des Gases gefüllt sein.
Dieser Aufbau verbessert die Effektivität der Wärmebehandlung unter Wasserabkühlung, um
die Stabilität
des Tanks beim Herstellungsprozess des Gasspeichertanks, der die
Fülleinheit,
welche mit dem Absorber/Adsorber gefüllt ist, aufweist, zu verbessern.
-
Eine
dritte Anwendung der Erfindung ist auf einen Gasspeichertank zum
Speichern eines Gases gerichtet. Der Gasspeichertank der dritten
Anwendung weist folgende Elemente auf: eine Fülleinheit, die mit einem Absorber/Adsorber
zum Absorbieren und/oder Adsorbieren des Gases gefüllt ist;
einen Tank, der zwei Enden hat, die entlang seiner Längsachse
ausgerichtet sind und eine Öffnung
aufweist, die an zumindest einem der zwei Enden ausgebildet ist
und die Fülleinheit
in seinem Inneren aufnimmt; und ein Unterstützungselement, das durch zahlreiche
dünne wellenartig
geformte Platten ausgebildet ist, die im Wesentlichen parallel zur
Längsachse
des Tanks angeordnet sind und zwei offene Enden haben, die entlang
einer Längsachse
des Unterstützungselements
ausgerichtet sind. Die Außenseite des
Unterstützungselements
ist in Kontakt mit dem Tank und die Innenseite des Unterstützungselements ist
in Kontakt mit der Fülleinheit.
Das Unterstützungselement
bildet eine Spalte zwischen dem Tank und der Fülleinheit aus, um mit der Öffnung in
Verbindung zu stehen, während
es die Fülleinheit
in dem Tank hält.
-
Beim
Gasspeichertank der dritten Anwendung, bilden die zahlreichen dünnen Platten,
welche im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Tanks angeordnet
sind, die Hohlräume
aus. Die Strömung an
Wasser, welche durch die Öffnung
des Tanks hindurchgeleitet wird, die zumindest an einem Ende des Tanks
ausgebildet ist, tritt schnell in diese Hohlräume ein. Diese Anordnung macht
es möglich,
dass der Tank mit dem Wasser beim Wärmebehandlungsprozess abrupt
abgekühlt
wird. Der Wärmebehandlungsprozess
unter Wasserabkühlung
verbessert effektiv die Stabilität
des Tanks im Gasspeichertank. Die zahlreichen dünnen Platten können einzelne,
getrennte Elemente oder ein Gesamtelement sein, um die vorstehende
Anordnung zu erreichen. Ein Beispiel des letzteren Aufbaus ist eine
dünne gewellte Platte.
-
Beim
Gasspeichertank der zweiten Anwendung oder der dritten Anwendung
kann der Tank ein verengtes Element mit einem kleineren Querschnittsbereich
an der Öffnung
sein, welche an zumindest einem der zwei Enden ausgebildet ist.
-
Das
verengte Element, welches durch Verengen der Öffnung des Tanks ausgebildet
wird, wirkt zum Aufrechterhalten einer ausreichenden Luftdichtheit
des Tanks gegen den Innengasdruck. Nach dem Einfügen der Fülleinheit in den Tank und dem
Verengen der Öffnung
des Tanks durchläuft
der Tank eine Wärmebehandlung
unter Wasserabkühlung.
Die Anwesenheit des Unterstützungselements
verhindert, dass die Fülleinheit
sich störend
auf eine ruhige Strömung
des Wassers auswirkt und stellt somit eine effiziente Wasserabkühlung sicher.
-
In
dem Gasspeichertank der zweiten Anwendung oder der dritten Anwendung
kann der Tank zwei Öffnungen
an den zwei gegenüberliegenden
Enden aufweisen.
-
Dieser
Aufbau erleichtert die Zirkulation von Wasser, welches durch eine Öffnung in
den Tank geführt
wird und von der anderen Öffnung
abgeführt wird,
wodurch die Effektivität
einer abrupten Wasserabkühlung
beim Wärmebehandlungsprozess
verbessert wird.
-
Beim
Gasspeichertank der zweiten Anwendung oder der dritten Anwendung
hat der Tank eine im Wesentlichen zylindrische Form und das Unterstützungselement
wird durch eine dünne
wellenartig geformte Platte ausgebildet, die im Wesentlichen parallel
zu einer Längsachse
der im Wesentlichen zylindrischen Form angeordnet ist.
-
Durch
diese Form erhält
man einen Tank, der in der Lage ist, geeigneterweise ein Hochdruck-Gas zu
speichern. Das Unterstützungselement,
welches durch die dünne
Platte ausgebildet ist, welche im Wesentlichen parallel zur Längsachse
der im Wesentlichen zylindrischen Form ausgerichtet ist, verringert die
Gesamtfläche
des Unterstützungselements
im Querschnitt des Gasspeichertanks und stellt einen ausreichend
breiten Wasserkanal für
die Wasserabkühlung
sicher.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
Gasspeichertanks der zweiten Anwendung oder der dritten Anwendung
speichert der Gasspeichertank Wasserstoff, der Absorber/Adsorber
hat zumindest eine Wasserstoffspeicherlegierung und der Tank wird
aus einem Aluminium-aufweisenden Metall gebildet.
-
Aluminium
hat eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und ist leicht. Ein
Behälter
aus Aluminium (Aluminiumlegierung) ist in der Lage Hochdruck-Wasserstoff ohne
irgendein Entweichen zu speichern. Das heißt, Aluminium ist ein bevorzugtes Material
des Tanks, der in dem Wasserstoffspeichertank enthalten ist. Der
Tank, welcher aus dem Aluminium-aufweisenden Metall gebildet ist,
durchläuft
die Wärmebehandlung
unter Wasserabkühlung,
was die Zeitfestigkeit des Tanks verbessert.
-
Beim
Gasspeichertank der zweiten Anwendung oder der dritten Anwendung
kann das Unterstützungselement
aus Metall hergestellt werden.
-
Das
Unterstützungselement
verbessert die thermische Leitfähigkeit
zwischen der Fülleinheit
und dem Tank. Wärme,
welche durch die Wasserstoffspeicherlegierung beim Prozess der Absorption
oder Adsorption von Wasserstoff erzeugt wird, wird von der Fülleinheit
zum Tank übertragen,
um vom Tank oder einem anderen Element absorbiert zu werden oder
zur Außenseite
freigesetzt zu werden. Die effiziente Absorption oder Freisetzung
von Wärme,
welche durch die Wasserstoffspeicherlegierung beim Prozess der Absorption
oder Adsorption von Wasserstoff erzeugt wird, erhöht wünschenswerter
Weise die Menge an Wasserstoff, welche im Gasspeichertank gespeichert
wird und beschleunigt die Speicherung des Wasserstoffs im Gasspeichertank.
Diese Anordnung verringert wünschenswerter
Weise auch die Größe eines
Kühlmittelkanals,
der in der Fülleinheit
ausgebildet ist, um Wärme
abzuführen
oder erlaubt sogar das Weglassen des Kühlmittelkanals.
-
Die
zweite Anwendung oder die dritte Anwendung der Erfindung ist nicht
auf den Gasspeichertank, der vorstehend beschrieben wurde beschränkt, sondern
kann in irgendeiner anderen unterschiedlichen Form verwendet werden,
beispielsweise einem Herstellungsverfahren eines solchen Gasspeichertanks.
Die Erfindung ist dementsprechend auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Gasspeichertanks zum Speichern eines Gases gerichtet. Dieses Herstellungsverfahren
weist folgende Schritte auf: Einfügen einer Fülleinheit in einen Tank mit
zumindest einer Öffnung;
Anordnen eines Unterstützungselements
zwischen der Fülleinheit
und dem Tank, um eine gesamte Spalte, die zwischen dem Tank und
der Fülleinheit
ausgebildet ist, mit der Öffnung
zu verbinden; und Wärmebehandlung
des Tanks unter Wasserabkühlung,
nachdem die Fülleinheit
und das Unterstützungselement
angeordnet sind.
-
Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme der beigefügten
Zeichnungen ersichtlich.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist eine Vertikalschnittdarstellung,
die schematisch den Innenaufbau des Wasserstoffspeichertanks eines
ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung veranschaulicht;
-
2 ist ein Flussdiagramm,
welches einen Prozess zum Herstellen des Wasserstoffspeichertanks
des ersten Ausführungsbeispiels
darstellt;
-
3 ist eine Schnittdarstellung
entlang der Linie 3-3 aus 1;
-
4 stellt einen Querschnitt
einer flachen Platte und einer gewellten Platte dar;
-
5 ist eine Vertikalschnittdarstellung,
die einen Teil eines Wärmeaustauschers
darstellt;
-
6 ist eine Schnittdarstellung
entlang der Linie 6-6 aus 1;
-
7 ist eine Schnittdarstellung
entlang der Linie 7-7 aus 1;
-
8 stellt einen Herstellungsprozess
des Schritt S130 und danach aus dem Flussdiagramm aus 2 dar;
-
9 stellt einen Herstellungsprozess
nach Schritt S160 im Flussdiagramm aus 2 dar;
-
10 veranschaulicht schematisch
den Aufbau eines Wasserstoffspeichertanks eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
-
11 ist eine Schnittdarstellung
entlang der Linie 11-11
aus 10;
-
12 ist ein Flussdiagramm,
welches einen Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks eines
zweiten Ausführungsbeispiels
darstellt;
-
13 stellt einen Hauptteil
des Herstellungsprozesses des Wasserstoffspeichertanks eines zweiten
Ausführungsbeispiels
dar;
-
14 zeigt einen anderen Hauptteil
des Herstellungsprozesses des Wasserstoffspeichertanks eines zweiten
Ausführungsbeispiels;
und
-
15 veranschaulicht schematisch
den Aufbau eines Wasserstoffspeichertanks in einem modifizierten
Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Der
Wasserstoff-Speichertank und das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Wasserstoff-Speichertanks werden
nachfolgend als bevorzugte Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Einige Details der Ausführungsbeispiele werden nachfolgend
zum besseren Verständnis
beschrieben, aber die Erfindung erfordert nicht, dass alle hierbei
beschriebenen Bestandteile enthalten sind.
-
Erstes Ausführungsbeispiel
-
Aufbau des Wasserstoff-Speichertanks 10
-
1 ist eine vertikale Schnittdarstellung, die
schematisch den internen Aufbau eines Wasserstoff- Speichertanks 10 eines
ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung veranschaulicht. Der Wasserstoff-Speichertank 10 hat
einen Tankbehälter 20 und eine
Wärmeaustauscheinheit 30,
die innerhalb des Tankbehälters 20 angeordnet
ist.
-
Der
Tankbehälter 20 fungiert
als ein Außenwandelement
des Wasserstoff-Speichertanks 10 und wird durch ein im
Wesentlichen zylindrisches hohles Gefäß definiert. Beim Aufbau dieses
Ausführungsbeispiels
ist der Tankbehälter 20 aus
einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Tankbehälter 20 hat
Anschlussöffnungen 21 und 22 an
seinen beiden Enden, die kleinere, im Wesentlichen kreisförmige Querschnitte
haben als der Mittelquerschnitt des Tankbehälters 20. Anschlussbaugruppen 23 und 24 werden
in entsprechende Anschlussöffnungen 21 und 22 eingesetzt.
Die Anschlussbaugruppen 23 und 24 bilden den Aufbau
zum Aufrechterhalten einer ausreichenden Luftdichtheit des Tankbehälters 20 an den
Anschlussöffnungen 21 und 22,
um ein Entweichen von Wasserstoff, welches in dem Tankbehälter 20 gespeichert
ist, zu verhindern. Die Anschlussbaugruppe 23 hat eine
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a,
welche zur Außenseite
mündet,
um eine Strömung
von gasförmigem
Wasserstoff in bzw. aus dem Tankbehälter 20 zuzuführen bzw.
abzuführen. Die
Anschlussbaugruppe 24 hat eine Kühlmittelzuführöffnung 24a und eine
Kühlmittelabführöffnung 24b,
welche zur Außenseite
münden,
um ein ausgewähltes
Kühlmittel
in den Tankbehälter 20 zuzuführen und
um das Kühlmittel
von dem Tankbehälter 20 abzuführen. Der
Außenumfang
des Tankbehälters 20 ist
mit einer Verstärkungsschicht 26 bedeckt.
Die Verstärkungsschicht 26 ist
aus Kohlefaserverstärktem Plastik
(CFRP) hergestellt und verbessert die Stabilität des Tankbehälters 20,
der Hochdruck-Wasserstoff darin
speichert.
-
Die
Wärmeaustauscheinheit 30 hat
ein Wärmeaustauschgehäuse 34,
welches ein im Wesentlichen zylindrisches Gefäß ist, das einen kleineren Querschnitt
als der Querschnittsbereich des Tankbehälters 20 hat. Das
Wärmeaustauschgehäuse 34 ist mit
einer Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt. Dünne Plattenelemente einer Aluminiumlegierung
sind in dem Wärmeaustauschgehäuse 34 aneinander
gelegt und die Wasserstoffspeicherlegierung ist in die Schichtung
an dünnen
Plattenelementen eingebracht, wie später im Detail beschrieben wird.
Zahlreiche Kühlmittelkanäle 40 sind
so ausgebildet, dass sie entlang der Längsachse der Wärmeaustauscheinheit 30 führen und
einen Wärmeaustausch zwischen
der Wasserstoffspeicherlegierung, die dorthinein eingebracht ist
und einem ausgewählten
Kühlmittel
ermöglichen.
Die zahlreichen Kühlmittelkanäle 40 sind
mit der Kühlmittelzuführöffnung 24a,
die in der Anschlussbaugruppe 24 enthalten ist, verbunden.
Eine Strömungsleitung
des Kühlmittels,
die mit der Kühlmittelzuführöffnung 24 in
Verbindung steht, erstreckt sich in den Tankbehälter 20 und verzweigt sich
am Ende der Anschlussöffnung 22 der
Wärmeaustauscheinheit 30 in
zahlreiche Kühlmittelkanäle 40.
Die Kühlmittelströmung wird
somit durch die zahlreichen Kühlmittelkanäle 40 geführt.
-
Die
Wärmeaustauscheinheit 30 hat
auch einen im Wesentlichen zylindrischen Filter 36, der
entlang der Längsachse
ungefähr
im Zentrum der Wärmeaustauscheinheit 30 hindurchführt. Der
Filter 36 ist ein poröser
Körper
aus einem gesinterten Metall und trägt die Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung,
die in die Wärmeaustauscheinheit 30 eingebracht
ist, wobei im Wesentlichen ihr Eindringen verhindert wird. Eine
Kühlmittelleitung 37,
die einen Kühlmittelkanal
definiert, ist innerhalb des Filters 36 angeordnet, um
durch die Schicht-Richtung der dünnen
Plattenelemente in der Wärmeaustauscheinheit 30 hindurchzuführen. Die
zahlreichen Kühlmittelkanäle 40 sind
miteinander am Ende der Anschlussöffnung 21 der Wärmeaustauscheinheit 30 verbunden und
sind mit dieser Kühlmittelleitung 37 verbunden. Die
Kühlmittelleitung 37 erstreckt
sich zur Anschlussöffnung 22 und
mündet
zur Kühlmittelabführöffnung 24b,
die in der Anschlussbaugruppe 24 enthalten ist. Die Strömungen an
Kühlmittel,
die durch die zahlreichen Kühlmittelkanäle 40 hindurchströmen, werden am
Ende der Anschlussöffnung 21 zusammengeführt und
werden in einer umgekehrten Richtung geführt, um durch die Kühlmittelleitung 37 und
die Kühlmittelabführöffnung 24b hindurchzuführen, um
zur Außenseite
abgeführt
zu werden.
-
Ein
Wasserstoff-Füllraum 33 ist
zwischen der Innenwandfläche
des Tankbehälters 20 und
der Wärmeaustauscheinheit 30 ausgebildet.
Zugeführter Wasserstoff,
der in den Wasserstoff-Speichertank 10 geführt wird,
wird durch die Wasserstoffspeicherlegierung, die in die Wärmeaustauscheinheit 30 eingebracht
ist, absorbiert und in dieser gespeichert, während er als komprimierter
Wasserstoff in Spalten, welche durch die Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung
ausgebildet wurden, und in diesem Wasserstoff-Füllraum 33 gespeichert
wird.
-
Ein
Unterstützungselement 45 ist
zwischen dem Tankbehälter 20 und
der Wärmeaustauscheinheit 30 zwischen
gelegt. Das Unterstützungselement 45 ist
eine dünne Metallplatte
aus beispielsweise einer Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl oder
einem Mantelmaterial aus einer Aluminiumlegierung oder rostfreiem
Stahl, welches in festgesetzten Intervallen gewellt ist. Das Unterstützungselement 45 nimmt eine
Expansion oder Kontraktion in der Wärmeaustauscheinheit 30 aufgrund
eines Erhöhens
oder eines Absenkens der Temperatur auf, während es die Wärmeaustauscheinheit 30 in
dem Tankbehälter 20 hält. Das
Unterstützungselement 45 erlaubt
auch eine Wärmeübertragung
zwischen der Wärmeaustauscheinheit 30 und
der Wandfläche
des Tankbehälters 20.
Das Unterstützungselement 45 der
gewählten
Struktur hat eine Elastizitätskraft
zum Halten der Wärmeaustauscheinheit 30.
In einem modifizierten Aufbau kann das Unterstützungselement 45 am Tankbehälter 20 und
der Wärmeaustauscheinheit 30 angebracht
sein, um die Wärmeaustauscheinheit 30 zu
halten.
-
Herstellungsprozess
des Wasserstoff-Speichertanks 10 2 ist ein Flussdiagramm, welches einen
Prozess zum Herstellen des Wasserstoff-Speichertanks 10 eines
ersten Ausführungsbeispiels
darstellt. Die Schritt S100 bis S130 bilden einen Prozess zum Herstellen
der Wärmeaustauscheinheit 30.
Im Herstellungsprozess der Wärmeaustauscheinheit 30 werden
zuerst zahlreiche dünne
Plattenelemente aneinander gelegt, um die Wärmeaustauscheinheit 30 zusammenzubauen
(Schritt S100), wie nachfolgend beschrieben.
-
Die
Wärmeaustauscheinheit 30 wird
durch abwechselndes Schichten zweier unterschiedlicher Arten an
scheibenförmigen
dünnen
Plattenelementen, flachen Platten. 31 und gewellten Platten 32,
in dem Wärmeaustauschgehäuse 34 ausgebildet. 3 ist eine Schnittdarstellung
des Tankbehälters 20 in
dem Wasserstoff-Speichertank 10, entlang der Linie 3-3
aus 1. Die Wasserstoffspeicherlegierung,
die tatsächlich
in die Wärmeaustauscheinheit 30 eingebracht
ist, wird in der Veranschaulichung aus 3 weg gelassen. 4 zeigt einen Querschnitt der flachen
Platte 31 und der gewellten Platte 32, welche
verwendet werden, um die Wärmeaustauscheinheit 30 auszubilden. 5 ist eine Vertikalschnittdarstellung,
die einen Teil der Wärmeaustauscheinheit 30 darstellt,
in der die flachen Platten 31 und die gewellten Platten 32 abwechselnd
geschichtet werden. Die flache Platte 31 ist ein ebenes
dünnes
Plattenelement und die gewellte Platte 32 ist ein dünnes Plattenelement,
das in festgesetzten Intervallen gewellt ist, um konkave und konvexe
Abschnitte aufzuweisen. In 1 sind
nur die dünnen
Plattenelemente entsprechend der flachen Platten 31 dargestellt. 3 zeigt die gewellte Platte 32,
wo die gewellten Abschnitte durch parallele Linien ausgedrückt werden.
Die flache Platte 31 und die gewellte Platte 32,
als zwei verschiedene Arten an scheibenförmigen dünnen Plattenelementen, haben
zahlreiche Kühlmittelöffnungen 53 und
zahlreiche Wasserstoffspeicherlegierungsfüllöffnungen 54 an entsprechenden
Positionen (siehe 3).
-
Bei
der Baugruppe der Wärmeaustauscheinheit 30 werden
die zahlreichen flachen Platten 31 und die zahlreichen
gewellten Platten 32 abwechselnd aufeinander gelegt, dass
die Kühlmittelöffnungen 53 und
die Wasserstoffspeicherlegierungsfüllöffnungen 54 der entsprechenden
flachen Platten 31 und der gewellten Platten 32 in
einer überlappenden
Art und Weise angeordnet sind. Kühlmittelrohre 55 werden
in die entsprechende Aneinanderreihung von Kühlmittelöffnungen 53 eingefügt, welche
an den überlappenden
Positionen angeordnet sind, um durch die Wärmeaustauscheinheit 30 in
der Schichtungs-Richtung hindurchzuführen (siehe 3 und 5).
-
Jede
der flachen Platten 31 und der gewellten Platten 32 hat
ein kreisförmiges
Loch in seiner Mitte. Beim Prozess des Zusammenbaus der Wärmeaustauscheinheit 30,
wird der Filter 36 in eine Aneinanderreihung von kreisförmigen Löchern, welche in
einer überlappenden
Art und Weise ausgerichtet sind, eingefügt, um durch die Wärmeaustauscheinheit
in der Schichtungs-Richtung hindurchzuführen (siehe 1 und 3).
Die Kühlmittelleitung 37 wird auch
in den Filter 36 eingefügt,
um durch die Wärmeaustauscheinheit 30 in
der Schichtungs-Richtung hindurchzuführen (siehe 1 und 3).
-
Beim
Prozess des Zusammenbaus der Wärmeaustauscheinheit 30 wird
eine erste Verteilerplatte 38 an einem Ende des Schichtkörpers aus
den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 angeordnet,
wohingegen eine zweite Verteilerplatte 39 am anderen Ende
des Schichtkörpers
angeordnet wird (siehe 1). 6 ist eine Schnittdarstellung
des Tankbehälters 20 im
Wasserstoff-Speichertank 10, entlang
der Linie 6-6 aus 1.
Das heißt
in 6 wird die erste
Verteilerplatte 38 von der Außenfläche des Schichtkörpers gezeigt. 7 ist eine Schnittdarstellung
des Tankbehälters 20 in
dem Wasserstoff-Speichertank 10, entlang der Linie 7-7
aus 1. Das heißt in 7 wird die zweite Verteilerplatte 39 von
der Innenfläche
des Schichtkörpers
gezeigt.
-
Unter
Bezugnahme auf 6 hat
die erste Verteilerplatte 38 Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56 an Positionen,
entsprechend der jeweiligen Wasserstoffspeicherlegierungsfüllöffnungen 54,
die in den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 ausgebildet
sind. Wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, sind Aussparungen 52 auf
der gegenüberliegenden
Seite, zur Seite, die explizit in 6 dargestellt
ist, an Positionen entsprechend zu den jeweiligen Kühlmittelöffnungen 53 ausgebildet,
die in den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 ausgebildet
sind. Die erste Verteilerplatte 38 hat auch einen spezifischen
Verteilungsraum 58 an seinem ungefähren Zentrum. Der spezifische
Verteilungsraum 58 ist als ein Kühlwassereinlass 57 (siehe 1) am ungefähren Zentrum
der ersten Verteilerplatte 38 auf der Seite offen, die
explizit in 6 dargestellt
ist. Der spezifische Verteilungsraum 58 in der ersten Verteilerplatte 38 ist
mit den jeweiligen Aussparungen 52 über Verbindungskanäle 59 verbunden,
die in der ersten Verteilungsplatte 38 ausgebildet sind.
Die erste Verteilerplatte 38 hat auch einen Kühlwasserauslass 60,
welcher durch ihr ungefähres Zentrum
hindurchführt,
aber nicht mit dem Verteilerraum 58 verbunden ist. Beim
Prozess des Zusammenbaus der Wärmeaustauscheinheit 30 wird
die erste Verteilerplatte 38 an den Schichtkörper der
flachen Platte 31 und der gewellten Platte 32 angebracht,
so dass die jeweiligen Aussparungen 52 mit den entsprechenden
Kühlmittelrohren 55 verbunden sind,
um Kühlmittelkanäle 40 auszubilden
und dass der Kühlwasserauslass 60 mit
der Kühlmittelleitung 37 verbunden
ist. Die Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56, die in der
ersten Verteilerplatte 38 ausgebildet sind, sind von der
Veranschaulichung aus 1,
zum besseren Verständnis
der Abzweigströmungen
des Kühlwasserkanals,
weg gelassen.
-
Unter
Bezugnahme auf 7 hat
eine zweite Verteilerplatte 39 Aussparungen 64,
die auf der Fläche
ausgebildet sind, welche explizit in 7 dargestellt
ist, und zwar an Positionen, die den jeweiligen Kühlöffnungen 53 entsprechen,
welche in den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 ausgebildet
sind. Die zweite Verteilerplatte 39 hat auch einen spezifischen
Sammelraum 32, der in ihrem ungefähren Zentrum ausgebildet ist.
Der spezifische Sammelraum 62 ist als eine Kühlwasseröffnung 63 am
ungefähren
Zentrum der zweiten Verteilerplatte 39 auf der Fläche offen,
welche explizit in 7 dargestellt
ist. Der spezifizierte Sammelraum 62 in der zweiten Verteilerplatte 39 ist
mit den jeweiligen Aussparungen 64 über Verbindungskanäle 65 verbunden,
welche in der zweiten Verteilerplatte 39 ausgebildet sind.
Die zweite Verteilerplatte 39 hat auch einen Wasserstoff-Einlass 61,
welcher durch dessen ungefähres
Zentrum hindurchführt,
aber nicht mit dem Sammelraum 62 verbunden ist. Beim Prozess des
Zusammenbaus der Wärmeaustauscheinheit 30, wird
die zweite Verteilerplatte 39 an den Schichtkörper aus
flachen Platten 31 und gewellten Platten 32 angebracht,
so dass die jeweiligen Aussparungen 64 mit den entsprechenden
Kühlmittelrohren 55 verbunden
sind, um die Kühlmittelkanäle 40 auszubilden und
so dass die Kühlwasseröffnung 63 mit
der Kühlmittelleitung 37 verbunden
ist. Der Wasserstoff-Einlass 61 wird entsprechend durch
das Ende des Filters 36 versperrt.
-
Unter
Rückbezug
auf das Flussdiagramm aus 2 werden
beim Zusammenbau der Wärmeaustauscheinheit 30 die
Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung in die Wärmeaustauscheinheit 30 eingebracht
(Schritt S110). Die Zufuhr von Wasserstoffspeicherlegierung strömt durch
die Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56, die in der ersten
Verteilerplatte 38 ausgebildet sind und wird in die Wärmeaustauscheinheit 30 geführt. Die
abwechselnde Anordnung an flachen Platten 31 und gewellten
Platten 32 in der Wärmeaustauscheinheit 30 bildet
Poren zwischen den benachbarten dünnen Plattenelementen in der
Schichtung, wie in 5 dargestellt,
aus. Die Poren sind miteinander über
die Wasserstoffspeicherlegierungsfüllöffnungen 54 verbunden,
die in den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 ausgebildet
sind. Die Zufuhr von Wasserstoffspeicherlegierung strömt durch
die Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56, die in der
ersten Verteilerplatte 38 ausgebildet sind und wird über die
Wasserstoffspeicherlegierungsfüllöffnungen 54,
die in den flachen Platten 31 und den gewellten Platten 32 ausgebildet sind,
in die Wärmeaustauscheinheit 30 geführt, um
in die Poren eingebracht zu werden.
-
Nach
dem Füllen
der Wärmeaustauscheinheit 30 mit
der Wasserstoffspeicherlegierung versperrt der Herstellungsprozess
die jeweiligen Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56, die in der
ersten Verteilerplatte 38 ausgebildet sind und den Wasserstoff-Einlass 61 der
zweiten Verteilerplatte 39 (Schritt S120). Bei den Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöchern 56 ist
es nicht erforderlich, dass sie wieder geöffnet werden und werden somit
durch beispielsweise Schweißen
versiegelt. Beim Wasserstoff-Einlass 61 ist es jedoch erforderlich,
dass er vor der Fertigstellung des Wasserstoffspeichertanks 10 wieder
zu öffnen
ist und wird somit in einer wieder öffenbaren Art und Weise versperrt.
Beispielsweise wird eine Schraube mit einer spezifischen Größe entsprechend
zum Wasserstoff-Einlass 61 als ein Verschlusselement verwendet
und in den Wasserstoff-Einlass 61 geschraubt, um den Wasserstoffeinlass 61 zu
versperren. Hierbei wird der Wasserstoff-Einlass 61 versperrt,
um zu verhindern, dass Wasser in die Wärmeaustauscheinheit 30 in
einem nachfolgenden Wärmebehandlungsprozess
(wird später
beschrieben) in die Wärmeaustauscheinheit 30 eindringt.
Beispielsweise kann ein O-Ring verwendet werden, um eine ausreichende
Abdichteigenschaft sicherzustellen.
-
Nach
dem Versperren der Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher 56 und
des Wasserstoff-Einlasses 61 werden beim Herstellungsprozess
die Kühlmittelkanäle mit der
Wärmeaustauscheinheit 30 verbunden,
um die Wärmeaustauscheinheit 30 fertig zu
stellen (Schritt S130). Die 8 und 9 stellen schematisch den
Herstellungsprozess von und nach Schritt S130 dar. 8(A) stellt eine Wärmeaustauscheinheit 30 dar,
die bei Schritt S130 fertig gestellt ist. Beim Herstellungsprozess
werden Rohrelemente 70 und 71, welche beispielsweise
aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, mit dem Kühlwassereinlass 57 und
dem Kühlwasserauslass 60 der
ersten Verteilerplatte 38 verbunden und die Rohrelemente 70 und 71 werden
in ein Zylinderelement 72 eingesetzt, welches beispielsweise
aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, um die Wärmeaustauscheinheit 30 bei
Schritt S30 fertig zu stellen. Das Zylinderelement 72 ist
im Querschnitt in der Veranschaulichung aus 8(A) dargestellt. Diese stellt klar dar,
dass die Rohrelemente 70 und 71 durch das Zylinderelement 72 hindurch führen.
-
Bei
der Fertigstellung der Wärmeaustauscheinheit 30,
stellt der Herstellungsprozess den Tankbehälter 20 bereit (Schritt
S140). Der Tankbehälter 20 dieses
Ausführungsbeispiels
besteht aus einer Aluminiumlegierung und wird bei Schritt S140 als eine
Röhre,
deren beide Enden offen sind, bereitgestellt, wie in 8(B) dargestellt ist.
-
Beim
Herstellungsprozess wird bei Schritt S130 die fertiggestellte Wärmeaustauscheinheit 30 in
den Tankbehälter 20 platziert,
der bei Schritt S140 bereitgestellt wird (S150), siehe 8(C)). Das Unterstützungselement 45 wird
zwischen den Tankbehälter 20 und
die Wärmeaustauscheinheit 30 zwischengelegt,
wenn die Wärmeaustauscheinheit 30 in den
Tankbehälter 20 bei
Schritt S140 eingesetzt wird.
-
Beim
Herstellungsprozess werden nachfolgend beide Enden des Tankbehälters 20 verengt (Schritt
S160), so dass die Öffnung
an beiden Enden des Tankbehälters 20 verengt
wird und die Anschlussöffnungen 21 und 22 ausgebildet
werden (siehe 9).
-
Dann
wird der Tankbehälter 20 wärmebehandelt
(Schritt S170). Die Wärmebehandlung
wird durchgeführt,
um die Zeitfestigkeit der Aluminiumlegierung des Tankbehälters 20 zu
verbessern. Beim Wasserstoffspeichertank 10 werden die
jeweiligen Bestandteile mit einer Temperaturveränderung ausgedehnt und zusammengezogen
und der Innendruck verändert
sich mit dem Speichern und dem Freisetzen von Wasserstoff. Die Ausdehnung
und das Zusammenziehen der Bestandteile und die Veränderung
des Innendruck verursachen eine Verzerrung der Form des Tankbehälters 20 zu
einem gewissen Grad. Die wiederholte Verzerrung summiert sich kontinuierlich
zur Metallermüdung
der Aluminiumlegierung des Tankbehälters 20. Die Wärmebehandlung verbessert
den Widerstand einer solchen Metallermüdung. Die Prozedur dieses Ausführungsbeispiels verwendet
eine bekannte T6-Behandlung
für die
Aluminiumlegierung zur Wärmebehandlung.
Die Wärmebehandlung
erhitzt die Aluminiumlegierung auf einen Zustand einer festen Lösung in
einem Temperaturbereich von 515 bis 550°C und kühlt dann die erhitzte Aluminiumlegierung
mit Wasser abrupt ab. Eine Wasserströmung wird in den Tankbehälter 20 geführt, um
eine abrupte Abkühlung
der Aluminiumlegierung mit Wasser sicherzustellen.
-
Nach
der Wärmebehandlung
wird beim Herstellungsprozess das Verschlusselement vom Wasserstoffeinlass 61 der
zweiten Verteilerplatte 69 entfernt, um den Wasserstoff-Einlass 61 wieder
zu öffnen
(Schritt S180). Das heißt,
das Verschlusselement, welches in den Wasserstoff-Einlass 61 eingesetzt
ist, wird über
die Anschlussöffnung 21,
welche bei Schritt S160 ausgebildet wird, entfernt.
-
Dann
wird beim Herstellungsprozess jeweils die Anschlussbaugruppe 23 an
die Anschlussöffnung 21 und
die Anschlussbaugruppe 24 an die Anschlussöffnung 22 angebracht
(Schritt S190). Beim Aufbau dieses Ausführungsbeispiels hat die Anschlussbaugruppe 23 ein
Magnetspulen betätigtes
Ein-Aus-Ventil und ein Druckminderungsventil. Die Strömung von gasförmigem Hochdruck-Wasserstoff
wird über
die Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a eingeleitet, um
im Wasserstoffspeichertank 10 gespeichert zu werden. Die
Strömung
an gasförmigem
Niedrigdruck-Wasserstoff, welcher mittels des Druckminderungsventils
verringert wurde, wird von dem Wasserstoffspeichertank 10 über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a zur
Außenseite
abgeführt.
Das Zylinderelement 72 ist so angeordnet, dass es durch
die Anschlussbaugruppe 24 hindurchführt. Das Zylinderelement 72 weist
die eindringenden Rohrelemente 70 und 71 auf,
die vorstehend beschrieben wurden. Bei diesem Aufbau des Zylinderelements 72 bilden die
Enden der Rohrelemente 70 und 71 jeweils die Kühlmittelzuführöffnung 24a und
die Kühlmittelabführöffnung 24b.
-
Nachfolgend
wird beim Herstellungsprozess die Verstärkungsschicht 26 am
Außenumfang
des Tankbehälters 20 ausgebildet
(Schritt S200) und der Wasserstoffspeichertank 10 wird
fertig gestellt. Die Verstärkungsschicht 26 wird
beispielsweise durch Wickeln von Kohlefasern, welche mit einem Epoxydharz
getränkt
sind, um den Außenumfang
des Tankbehälters 20 und
durch Aushärten
des getränkten Epoxydharzes
ausgebildet.
-
Speichern
bzw. Ablassen von Wasserstoff in bzw. aus dem Wasserstoffspeichertank
des ersten Ausführungsbeispiels
Eine Zufuhr von Hochdruck-Wasserstoff wird in den Wasserstoffspeichertank 10 über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a zum
Speichern des Wasserstoffs in den Wasserstoffspeichertank 10 eingeleitet.
Die Strömung
an Wasserstoff, welche durch die Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a geleitet
wird, strömt
durch das Magnetventil der Anschlussbaugruppe 23 und wird
in den Wasserstoff-Füllraum 33 im
Wasserstoffspeichertank 10 geleitet. Die Strömung an
Wasserstoff wird des weiteren in die Wärmeaustauscheinheit 30 über den
Wasserstoff-Einlass 61 und
den Filter 36 geführt,
so dass er von der Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert und gespeichert
wird. Die Menge an Wasserstoff, welche von der Wasserstoffspeicherlegierung
absorbiert und gespeichert wird, hängt vom Druck des Wasserstoffs,
der Temperatur und der Art der Wasserstoffspeicherlegierung ab.
Wenn die Strömung
an Wasserstoff bei einem festgesetzten Druck zugeführt wird,
wird die Wasserstoffspeicherlegierung auf eine spezifische Temperatur
erwärmt,
während
sie den Wasserstoff absorbiert.
-
Beim
Prozess des Wasserstoffspeicherns, strömt das Kühlmittel über die Kühlmittelzuführöffnung 24a in den
Wasserstoffspeichertank 10, führt durch den Wasserstoffspeichertank 10 hindurch
und wird über
die Kühlmittelabführöffnung 24b zur
Außenseite
abgeführt.
Die Zufuhr von Kühlmittel,
welche in den Wasserstoffspeichertank 10 eingeleitet wird,
wird in der ersten Verteilerplatte 38 in entsprechende
Kühlmittelkanäle 40 abgezweigt
und wird in der zweiten Verteilerplatte 39 zusammengeführt, um über die
Kühlmittelleitung 37 zur
Außenseite
abgeführt
zu werden. Eine solche Zirkulation an Kühlmittel kühlt die Innenseite des Wasserstoffspeichertanks 10 ab
und beschleunigt dadurch die Absorption von Wasserstoff in der Wasserstoffspeicherlegierung.
-
Nachdem
die Wasserstoffspeicherlegierung auf die spezifische Temperatur
erwärmt
wurde, wird der Wasserstoff-Füllraum 33 mit
gasförmigem
Wasserstoff auf einen Druck gefüllt,
der dem Wasserstoffzuführdruck
in den Wasserstoffspeichertank 10 entspricht. Somit wird
der Wasserstoffspeichertank 10 vollständig mit Wasserstoff gefüllt.
-
Die
Strömung
an Wasserstoff, welche auf einen festgesetzten Druck verringert
wird, wird von dem Wasserstoffspeichertank 10 über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 23a abgelassen.
Zuerst wird der komprimierte Wasserstoff von dem Wasserstoff-Füllraum 33 abgelassen.
Mit einer Verringerung des Drucks wird der Wasserstoff, der von
der Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert und gespeichert wird,
freigesetzt. Die Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert mit dem
Freisetzen von Wasserstoff Wärme.
Die Strömung
an heißem Kühlmittel,
welches eine vorherbestimmte Temperatur hat, strömt durch die Kühlmittelkanäle, um die
Wasserstoffspeicherlegierung zu erwärmen und ermöglicht ein
fortwährendes
Freisetzen von Wasserstoff aus der Wasserstoffspeicherlegierung.
-
Beim
Prozess des Absorbierens von Wasserstoff in der Wasserstoffspeicherlegierung
oder dem Freisetzen von Wasserstoff von der Wasserstoffspeicherlegierung
fungieren die jeweiligen dünnen
Plattenelemente, die in der Wärmeaustauscheinheit 30 geschichtet
sind, als Rippen zum Beschleunigen des Wärmeaustauschs zwischen der
Wasserstoffspeicherlegierung und dem Kühlmittel. Beim Wasserstoffabsorptionsprozess
wird die von der Wasserstoffspeicherlegierung erzeugte Wärme über die
Rippen zum Kühlmittel
in den Kühlmittelkanälen 40 übertragen,
um das Speichern von Wasserstoff zu beschleunigen. Beim Wasserstoff-Freisetzprozess wird
andererseits die Wärme
des Kühlmittels
in den Kühlmittelkanälen 40 über die
Rippen zur Wasserstoffspeicherlegierung übertragen, um das Freisetzen
von Wasserstoff zu beschleunigen. Beim Prozess des Absorbierens
von Wasserstoff in der Wasserstoffspeicherlegierung wird die Wärme, die
durch die Wasserstoffspeicherlegierung mit dem Speichern von Wasserstoff
erzeugt wird, über
die dünnen
Plattenelemente, welche als Rippen fungieren, dem Wärmeaustauschgehäuse 34 und
dem Unterstützungselement 45 zum
Tankbehälter 20 übertragen
und aus dem Tankbehälter 20 freigesetzt.
-
Wie
vorstehend beschrieben wird beim Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
die Wärmeaustauscheinheit 30 mit
Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt und das lösbare Verschlusselement wird
an die Wärmeaustauscheinheit 30 angebracht, um
den Raum, der mit Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt ist,
zu versperren. Beim Herstellungsprozess wird die Wärmeaustauscheinheit 30 in
dem Tankbehälter 20 angeordnet,
die Enden des Tankbehälters 20 verengt,
eine Wärmebehandlung
durchgeführt, begleitet
mit einer abrupten Wasserkühlung
und das Verschlusselement entfernt. Diese Anordnung verhindert effektiv,
dass die Wasserstoffspeicherlegierung, die in die Wärmeaustauscheinheit 30 eingebracht
ist, beim Wasserabkühlschritt
der Wärmebehandlung
nass wird. Es ist extrem schwierig, die nassen Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung
nach dem Einbringen in die Wärmeaustauscheinheit 30 zu trocknen.
Wenn die Wasserstoffspeicherlegierung einmal nass ist, kann dies
die Wasserstoffabsorptionskapazität absenken. Das Anbringen des
lösbaren Verschlusselements
an die Wärmeaustauscheinheit 30 verhindert
effektiv solche potentiellen Probleme der Wasserstoffspeicherlegierung.
Nach der Wärmebehandlung
wird das Verschlusselement von der Wärmeaustauscheinheit 30 entfernt,
um den Wasserstoff-Einlass 61 wieder zu öffnen. Dies
bildet eine Öffnung
auf der Fläche
der Wärmeaustauscheinheit 30 aus,
durch welche die Strömung
an Wasserstoff zum Speichern in die Wasserstoffspeicherlegierung eingeleitet
wird oder von der Wasserstoffspeicherlegierung abgelassen wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben, verbessert die Wärmebehandlung die Zeitfestigkeit
der Aluminiumlegierung und erlaubt, dass Hochdruck-Wasserstoff, beispielsweise
Wasserstoff mit einem Druck von über 1
MPa, in dem Wasserstoff-Füllraum 33 im
Wasserstoffspeichertank 10 gespeichert wird. Die Anwesenheit
der Verstärkungsschicht 26 erlaubt
ein Speichern von Hochdruck-Wasserstoff, beispielsweise Wasserstoff
mit einem Druck von über
25 MPa oder sogar 35 MPa. Bevorzugterweise wird die Aluminiumlegierung
als Material für
den Tankbehälter 20 verwendet,
da sie eine exzellente thermische Leitfähigkeit aufweist, leicht ist
und effektiv ein Entweichen eines solchen Hochdruck-Wasserstoffs
verhindert.
-
Von
Verschlüssen
der Öffnungen,
die in dem Tankbehälter 20 ausgebildet
sind, ist erforderlich, dass sie eine ausreichende Luftdichtheit
des Tankbehälters 20 aufrecht
erhalten und einen ausreichenden Widerstand gegen den Hochdruck
des darin gespeicherten Wasserstoffs aufweisen. Die Öffnung des
Tankbehälters 20 muss
andererseits notwendigerweise eine ausreichende Größe haben,
um das Anordnen der Wärmeaustauscheinheit 30 zu
erlauben. Der Vorgang dieses Ausführungsbeispiels verengt entsprechend
die Enden des Tankbehälters 20 durch
den Verengungsprozess nach dem Anordnen der Wärmeaustauscheinheit 30 in
den Tankbehälter 20.
Wenn der Wärmebehandlungsprozess
mit der abrupten Wasserkühlung
vor dem Verengungsprozess ausgeführt
wird, können
die Effekte der Wärmebehandlung
auf die Verbesserung des Ermüdungswiderstandes
durch den Verengungsprozess zerstört werden. Der Wärmebehandlungsprozess
mit der abrupten Wasserkühlung
ist somit nach dem Verengungsprozess auszuführen. Die Wärmebehandlung ist wünschenswerter
Weise nach dem Anordnen der Wärmeaustauscheinheit 30 im
Tankbehälter 20 und dem
Verengungsprozess durchzuführen.
Jedoch ist es extrem schwierig, die Wärmeaustauscheinheit 30 mit
den Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung über die kleinen Öffnungen
(die Anschlussöffnungen 21 und 22)
zu füllen,
welche durch den Verengungsprozess verengt wurden. Der Herstellungsprozess des
Wasserstoffspeichertanks 10 des ersten Ausführungsbeispiels
weist die entsprechenden Schritte in einer geeigneten Reihenfolge
auf, um die Wärmeaustauscheinheit 30 einfach
mit den Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung zu füllen, während effektiv
verhindert wird, dass die Wasserstoffspeicherlegierung nass wird.
-
Der
Wasserstoff-Einlass 61 mit dem lösbaren Verschlusselement ist
so angeordnet, dass sichergestellt wird, dass ein einfaches Lösen des
Verschlusselements durch die Öffnung
(Anschlussöffnung 21)
ausgeführt
werden kann, welche durch den Verengungsprozess verengt wurde. Beispielsweise ist
der Wasserstoff-Einlass 61 am ungefähren Zentrum der scheibenförmigen zweiten
Verteilerplatte 39 angeordnet.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Aufbau des Wasserstoffspeichertanks 110
-
10 veranschaulicht schematisch
den Aufbau eines Wasserstoffspeichertanks 110 eines zweiten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung. 11 ist
eine Schnittdarstellung des Wasserstoffspeichertanks 110 entlang
der Linie 11-11 aus 10.
Der Wasserstoffspeichertank 110 hat einen Tankbehälter 120,
eine Wärmeaustauscheinheit 130,
die im Tankbehälter 120 angeordnet
ist und ein Unterstützungselement 140,
das zwischen den Tankbehälter 120 und
die Wärmeaustauscheinheit 130 zwischen
gelegt ist.
-
Der
Tankbehälter 120 ist
ein im Wesentlichen zylindrisches hohles Gefäß und ist in diesem Ausführungsbeispiel
aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Tankbehälter 120 hat
Anschlussöffnungen 121 und 122 an
dessen beide Enden haben einen kleineren im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt als
der Mittelquerschnitt des Tankbehälters 120.
-
Anschlussbaugruppen 123 und 124 sind
in entsprechende Anschlussöffnungen 121 und 122 eingesetzt.
Die Anschlussbaugruppen 123 und 124 bilden den
Aufbau zum Aufrechterhalten einer ausreichenden Luftdichtheit des
Tankbehälters 120 an den
Anschlussöffnungen 121 und 122,
um eine Leckage des gasförmigen
Wasserstoffs, der in dem Tankbehälter 120 gespeichert
ist, zu verhindern. Die Anschlussbaugruppe 123 hat eine
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123a,
welche zur Außenseite mündet, um
eine Strömung
an gasförmigem
Wasserstoff in oder aus den Tankbehälter 120 zuzuführen oder
abzuführen.
-
Die
Wärmeaustauscheinheit 130 hat
ein Wärmeaustauschgehäuse 134,
welches ein im Wesentlichen zylindrisches Gefäß ist, welches einen kleineren
Querschnitt hat als der Querschnitt des Tankbehälters 120. Das Wärmeaustauschgehäuse 134 ist
mit einer Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt. Drei Kühlmittelkanäle 135 sind ausgebildet,
um entlang der Längsachse
der Wärmeaustauscheinheit 130 hindurchzuführen und
um einen Wärmeaustausch
zwischen der Wasserstoffspeicherlegierung, die in die Wärmeaustauscheinheit 130 eingebracht ist
und einem ausgewählten
Kühlmittel
zuzulassen. Jeder der drei Kühlmittelkanäle 135 ist
in einer U-Form ausgebildet. Beide Enden eines jeden U-förmigen Kühlmittelkanals 135 erstrecken
sich über
die Anschlussbaugruppe 124, die in die Anschlussöffnung 122 eingesetzt
ist, aus dem Tankbehälter 120. Jeder
der U-förmigen
Kühlmittelkanäle 135 hat
eine U-förmige
Biegung, die von dem Wärmeaustauschgehäuse 134 am
Ende der Anschlussöffnung 121 hervorsteht.
Eine Strömung
an Kühlmittel,
welche zu jedem der U-förmigen
Kühlmittelkanäle 135 zugeführt wird,
wird von einem Ende des Kühlmittelkanals 135 eingeleitet,
das sich aus dem Tankbehälter 120 an
der Anschlussbaugruppe 124 erstreckt und strömt durch
den Kühlmittelkanal 135 entlang
der Längsachse
der Wärmeaustauscheinheit 130.
Die Strömung
an Kühlmittel,
welche durch den Kühlmittelkanal 135 strömt, wird
an der U-förmigen
Biegung, die von dem Wärmeaustauschgehäuse 134 hervorsteht, umgekehrt,
hin zur Anschlussbaugruppe 124 geführt und über das andere Ende des Kühlmittelkanal 135, der
sich vom Tankbehälter 120 an
der Anschlussbaugruppe 124 erstreckt außerhalb des Wasserstoffspeichertanks 110 abgeführt.
-
Das
Unterstützungselement 140 wird
zwischen den Tankbehälter 120 und
die Wärmeaustauscheinheit 130 zwischengelegt,
um den Außenumfang
der Wärmeaustauscheinheit 130 zu
umgeben. Das Unterstützungselement 140 ist
eine dünne
Metallplatte beispielsweise aus Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl
oder einem Mantelmaterial aus Aluminiumlegierung oder rostfreiem
Stahl, welches in festgesetzten Intervallen gewellt ist. Das Unterstützungselement 140 absorbiert
eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen in der Wärmeaustauscheinheit 130 aufgrund
einer Erhöhung
oder einer Verringerung der Temperatur, während es die Wärmeaustauscheinheit 130 im
Tankbehälter 120 hält. Das
Unterstützungselement 140 der
gewellten Struktur hat eine Elastizitätskraft zum Halten der Wärmeaustauscheinheit 130.
Das Unterstützungselement 140 gestattet auch
eine Wärmeübertragung
zwischen der Wärmeaustauscheinheit 130 und
der Wandfläche
des Tankbehälters 120.
In einem modifizierten Aufbau kann das Unterstützungselement 140 an
den Tankbehälter 120 und
die Wärmeaustauscheinheit 130 angebracht werden,
um die Wärmeaustauscheinheit 130 im Tankbehälter 120 zu
halten und um die Wärmeübertragung
zu verbessern.
-
Die
gewellte Struktur des Unterstützungselements 140 bildet
zahlreiche innere Hohlräume 132 entlang
der Längsachse
des Tankbehälters 120 zwischen
der Innenwandfläche
des Tankbehälters 120 und
der Wärmeaustauscheinheit 130 aus
(siehe 11). Endhohlräume 133,
welche nicht durch das Unterstützungselement 140 gebildet
werden, sind an beiden Enden der Längsachse des Tankbehälters 120 zwischen
der Innenwandfläche
des Tankbehälters
und der Wärmeaustauscheinheit 130 ausgebildet
(siehe 10). Eine Zufuhr
von Wasserstoff, welcher in den Wasserstoffspeichertank 110 eingespeist wird,
wird von der Wasserstoffspeicherlegierung, welche in die Wärmeaustauscheinheit 130 eingebracht
ist, absorbiert und von dieser gespeichert, während er als komprimierter
Wasserstoff in Spalten, die durch Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung ausgebildet
werden, in den inneren Hohlräumen 132 und
in den Endhohlräumen 133 gespeichert
wird. Wie später
beschrieben, wird der Tankbehälter 120 einer
Wärmebehandlung
mit einer abrupten Wasserabkühlung
beim Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks 110 unterworfen.
Die zahlreichen inneren Hohlräume 132 bilden
beim Wasserabkühlschritt
Wasserkanäle.
-
Der
Außenumfang
des Tankbehälters 120 ist mit
einer Verstärkungsschicht 126 bedeckt.
Die Verstärkungsschicht 126 ist
aus Kohlefaser verstärktem Plastik
(CFRP) hergestellt und verbessert die Stabilität des Tankbehälters 120,
der Hochdruck-Wasserstoff darin speichert.
-
Herstellungsprozess des
Wasserstoffspeichertanks 110
-
12 ist ein Flussdiagramm,
welches einen Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks 110 eines
zweiten Ausführungsbeispieles
darstellt. Die 13 und 14 zeigen Hauptteile des
Herstellungsprozesses des Wasserstoffspeichertanks 110 des
zweiten Ausführungsbeispiels.
-
Der
Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks 110 stellt
zunächst
das Wärmeaustauschgehäuse 134 bereit,
welches ein hohles zylindrisches Gefäß ist (Schritt S300) und setzt
die drei Kühlmittelkanäle 135 in
das Wärmeaustauschgehäuse 134 ein
(Schritt S310, siehe 13(A)).
Beim Einsetzprozess werden Löcher
in das Wärmeaustauschgehäuse 134 gemacht,
welche die Kühlmittelkanäle 135 darin
aufnehmen, die entsprechenden zwei Enden der U-förmigen Kühlmittelkanäle 135 von einem Ende
des Wärmeaustauschgehäuses 134 eingefügt und die
U-förmigen Kühlmittelkanäle 135 dazu
veranlasst, durch das Wärmeaustauschgehäuse 134 hindurchzuführen und
von einem anderen Ende des Wärmeaustauschgehäuses 134 hervorzustehen.
Die Kühlmittelkanäle 135,
welche durch das Wärmeaustauschgehäuse 134 hindurchführen, sind
am Wärmeaustauschgehäuse 134 durch
Schweißen
fixiert, was den Zwischenraum zwischen den Kühlmittelkanälen 135 und dem Wärmeaustauschgehäuse 134 auffüllt. Beim
Prozess werden bei Schritt S310 des weiteren die Kühlmittelkanäle 135,
welche vom anderen Ende des Wärmeaustauschgehäuses 134 hervorstehen gebogen
und die sechs gebogenen Enden der Kühlmittelkanäle 135, welche vom
anderen Ende entlang der Mittelachse des Wärmeaustauschgehäuses 134 hervorstehen
gebündelt
(siehe 13(A)). Ein Loch 131 zum
Einfüllen
der Wasserstoffspeicherlegierung ist am ungefähren Zentrum der Fläche des
Wärmeaustauschgehäuses 134 (der
Boden der Zylinderform) ausgebildet, von der sich die U-förmigen Biegungen
der U-förmigen
Kühlmittelkanäle 135 erstrecken.
Die Position des Lochs 131 wird durch den Pfeil in 13(A) dargestellt.
-
Der
Herstellungsprozess stellt nachfolgend ein im Wesentlichen zylindrisches
Außenwandelement 150 mit
zwei offenen Enden und eine gewellte Platte 152 bereit,
um das Unterstützungselement 140 auszubilden
(Schritt S320).
-
13(B) zeigt das Erscheinungsbild
des Außenwandelements 150 und 13(C) zeigt das Erscheinungsbild
einer gewellten Platte 152. Beim Herstellungsprozess werden
die gewellte Platte 152 und das Wärmeaustauschgehäuse 134 mit
den Kühlmittelkanälen 135 in
das Außenwandelement 150 eingefügt (Schritt
S330). Die gewellte Platte 152 ist so angeordnet, dass
sie zahlreiche Hohlräume
zwischen dem Außenwandelement 150 und
dem Wärmeaustauschgehäuse 134 ausbildet,
welche im Wesentlichen parallel zueinander sind und beide Enden des
Außenwandelements 150 miteinander
verbinden. Diese Anordnung der gewellten Platte 152 zwischen
dem Wärmeaustauschgehäuse 134 und
dem Außenwandelement 150 bildet
das Unterstützungselement 140 (siehe 14(A)).
-
Dann
werden beim Herstellungsprozess die beiden Enden des Außenwandelements 150 verengt, so
dass die Öffnungen
an beiden Enden des Außenwandelements 150 verengt
sind und die engen Anschlussöffnungen 121 und 122 ausbilden
(Schritt S340). 14(B) stellt
einen Tankbehälter 120 dar, der
durch Verengen der Öffnungen
des Außenwandelements 150 erhalten
wird. Die Öffnung,
welche auf der Seite ausgebildet ist, von der die entsprechenden Enden
der Kühlmittelkanäle 135 hervorstehen,
ist die Anschlussöffnung 122 und
die Öffnung
auf der gegenüberliegenden
Seite ist die Anschlussöffnung 121.
-
Der
Tankbehälter 120 wird
dann einer Wärmebehandlung
unterworfen (Schritt S350). Die Wärmebehandlung wird durchgeführt, um
die Zeitfestigkeit der Aluminiumlegierung des Tankbehälters 120 zu
verbessern. Beim Wasserstoffspeichertank 110 werden die
jeweiligen Bestandteile durch eine Temperaturveränderung ausgedehnt und ziehen
sich zusammen und der Innendruck verändert sich mit dem Speichern
und dem Ablassen von Wasserstoff. Die Ausdehnung und das Zusammenziehne
der Bestandteile und die Veränderung
des Innendrucks verursacht eine Verzerrung der Form des Tankbehälters 120 zu
einem gewissen Grad. Die wiederholte Verzerrung summiert sich kontinuierlich
zur Metallermüdung
der Aluminiumlegierung des Tankbehälters 120. Die Wärmebehandlung
verbessert den Widerstand solch einer Metallermüdung. Der Prozess dieses Ausführungsbeispiels
verwendet eine bekannte T6-Behandlung
für Aluminiumlegierungen
zur Wärmebehandlung.
Die Wärmebehandlung
erhitzt die Aluminiumlegierung in einen Zustand einer festen Lösung in
einem Temperaturbereich von 515 bis 550°C und kühlt dann die erhitzte Aluminiumlegierung
abrupt mit Wasser ab. Die Strömung
an Wasser wird in den Tankbehälter 120 geleitet,
das heißt
in die inneren Hohlräume 132,
die durch die Innenwandfläche
des Tankbehälters 120 und
das Wärmeaustauschgehäuse 134 definiert
sind, um eine abrupte Abkühlung
der Aluminiumlegierung mit Wasser sicherzustellen.
-
Nach
der Wärmebehandlung
werden beim Herstellungsprozess die Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung
in das Wärmeaustauschgehäuse 134 eingebracht
(Schritt S360). Bei Schritt S360 der Prozedur werden Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung
in das Wärmeaustauschgehäuse 134 über das
Loch 131, welches in dem Wärmeaustauschgehäuse 134 ausgebildet
ist über
die Anschlussöffnung 121 des
Tankbehälters 120 eingeführt (siehe
den Pfeil in 14(B)).
Dann wird beim Herstellungsprozess das Loch 131 abgedichtet
und die Wärmeaustauscheinheit 130 im
Tankbehälter 120 fertiggestellt (Schritt
S370). Bei Schritt S370 der Prozedur wird ein gasdurchlässiges,
poröses
Element 137, welches aus gesintertem Metall besteht, in
das Loch 131 gesteckt, so dass es das Loch 131 verschließt (siehe 14(B)). Das poröse Element 137 trägt die Teilchen
der Wasserstoffspeicherlegierung, die in die Wärmeaustauscheinheit 130 eingebracht
sind, wobei im Wesentlichen deren Eindringen verhindert wird. Diese
Anordnung verhindert effektiv ein Entweichen der Wasserstoffspeicherlegierung,
die in die Wärmeaustauscheinheit 130 gepackt
ist. Das Loch 131 mit dem darin eingesteckten porösen Element 137 dient als
Wasserstoffkanal, wenn die Zufuhr von Wasserstoff in der Wasserstoffspeicherlegierung
absorbiert und gespeichert wird, die in die Wärmeaustauscheinheit 130 des
Wasserstoffspeichertanks 110 eingebracht ist und wenn die
Strömung
an Wasserstoff von der Wasserstoffspeicherlegierung freigesetzt
wird.
-
Dann
wird beim Herstellungsprozess jeweils die Anschlussbaugruppe 123 an
die Anschlussöffnung 121 und
die Anschlussbaugruppe 124 an die Anschlussöffnung 122 angebracht
(Schritt S340). Beim Aufbau dieses Ausführungsbeispiels hat die Anschlussbaugruppe 123 ein
Magnetspulen-betätigtes
Ein-Aus-Ventil und ein Druckminderungsventil. Die Strömung an
gasförmigem
Hochdruck-Wasserstoff wird über
die Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123a eingeleitet,
um in dem Wasserstoffspeichertank 110 gespeichert zu werden.
Die Strömung an
gasförmigem
Niedrigdruck-Wasserstoff, der mittels des Druckverringerungsventils
verringert wird, wird vom Wasserstoffspeichertank 110 zur
Außenseite über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123 abgeführt. Die
Anschlussbaugruppe 124 hält die jeweiligen Enden der
drei Kühlmittelkanäle 135,
die vom Tankbehälter 120 hervorstehen,
während
es die Luftdichtheit des Tankbehälters 120 aufrechterhält.
-
Nachfolgend
bildet der Herstellungsprozess die Verstärkungsschicht 126 auf
der Außenumfangsfläche des
Tankbehälters 120 aus
(Schritt S390) und stellt den Wasserstoffspeichertank 110 fertig.
Die Verstärkungsschicht 126 wird
beispielsweise durch Wickeln von Kohlefasern, die mit Epoxydharz
getränkt
sind, um die Außenumfangsfläche des
Tankbehälters 120 und
durch Aushärten
des getränkten
Epoxydharzes ausgebildet.
-
Speichern bzw. Ablassen
von Wasserstoff in bzw. aus dem Wasserstoffspeichertank des zweiten
Ausführungsbeispiels
-
Eine
Zufuhr von Hochdruck-Wasserstoff wird in den Wasserstoffspeichertank 110 über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123a zum
Speichern von Wasserstoff in den Wasserstoffspeichertank 110 eingeleitet.
Die durch die Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123a zugeführte Strömung von
Wasserstoff, wird in die inneren Hohlräume 132 und die Endhohlräume 133,
welche in dem Wasserstoffspeichertank 110 ausgebildet sind
und über
das poröse
Element 137 in die Wärmeaustauscheinheit 130 geleitet, das
in das Loch 131 gesteckt ist, um in der Wasserstoffspeicherlegierung
absorbiert und gespeichert zu werden. Die Menge an Wasserstoff,
welcher in der Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert und gespeichert wird,
hängt vom
Druck des Wasserstoffs, der Temperatur und der Art der Wasserstoffspeicherlegierung
ab. Wenn die Strömung
an Wasserstoff bei einem festgesetzten Druck zugeführt wird,
wird die Wasserstoffspeicherlegierung auf eine spezifische Temperatur
erwärmt,
während
Wasserstoff absorbiert wird. Beim Prozess der Wasserstoffspeicherung zirkuliert
und strömt
Kühlmittel
durch die drei Kühlmittelkanäle 135,
um die Innenseite des Wasserstoffspeichertanks 110 zu kühlen und
dadurch die Absorption von Wasserstoff in der Wasserstoffspeicherlegierung
zu beschleunigen. Nachdem die Wasserstoffspeicherlegierung auf die
spezifische Temperatur erwärmt
worden ist, werden die inneren Hohlräume 132 und die Endhohlräume 133 mit
gasförmigem Wasserstoff
bei einem Druck gefüllt,
der dem Wasserstoffzuführdruck
in den Wasserstoffspeichertank 110 entspricht. Somit wird
der Wasserstoffspeichertank 110 vollständig mit Wasserstoff gefüllt.
-
Die
Strömung
an Wasserstoff, der auf einen festgesetzten Druck verringert wurde,
wird von dem Wasserstoffspeichertank 110 über die
Wasserstoff-Zuführ/Abführ-Öffnung 123a abgelassen.
Zuerst wird der komprimierte Wasserstoff von den inneren Hohlräumen 132 und
den Endhohlräumen 133 abgelassen.
Mit einer Verringerung des Drucks, wird Wasserstoff, der von der
Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert und gespeichert wird, freigelassen. Die
Wasserstoffspeicherlegierung absorbiert Wärme mit dem Freilassen von
Wasserstoff. Die Strömung an
heißem
Kühlmittel
mit einer vorherbestimmten Temperatur strömt durch die Kühlmittelkanäle, um die
Wasserstoffspeicherlegierung zu erwärmen und um ein kontinuierliches
Freilassen von Wasserstoff aus der Wasserstoffspeicherlegierung
zu ermöglichen.
-
Beim
Prozess der Absorption von Wasserstoff aus der Wasserstoffspeicherlegierung
wird ein Teil der Wärme,
die von der Wasserstoffspeicherlegierung aufgrund des Speicherns
von Wasserstoff erzeugt wird, über
das Wärmeaustauschgehäuse 134 und
das Unterstützungselement 140 zum
Tankbehälter 120 übertragen
und vom Tankbehälter 120 abgelassen.
-
Wie
vorstehend beschrieben bildet in dem Wasserstoffspeichertank 110 des
zweiten Ausführungsbeispiels
die Anordnung des Unterstützungselements 140 die
Hohlräume
zwischen dem Tankbehälter 120 und
der Wärmeaustauscheinheit 130 aus, um
die Öffnungen
des Tankbehälters 120,
das heißt die
Anschlussöffnungen 121 und 122,
miteinander zu verbinden. Dieser Aufbau ermöglicht einfach die Wasserströmung durch
den Tankbehälter 120 und stellt
somit eine ausreichende abrupte Kühlung des Tankbehälters 120 mit
Wasser sicher. Beim Aufbau dieses Ausführungsbeispiels umgibt das
Unterstützungselement 140 den
Außenumfang
der Wärmeaustauscheinheit 130,
um die gesamten Hohlräume, die
zwischen dem Tankbehälter 120 und
der Wärmeaustauscheinheit 130 ausgebildet
sind, mit beiden Anschlussöffnungen 121 und 122 zu
verbinden. Dies ermöglicht,
dass die Innenseite des gesamten Tankbehälters 120 mit der
Strömung
an Wasser schnell abgekühlt
wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben, verbessert die Wärmebehandlung die Zeitfestigkeit
der Aluminiumlegierung und ermöglicht,
dass Hochdruck-Wasserstoff, beispielsweise Wasserstoff mit einem
Druck von über
1 MPa in dem Wasserstoffspeichertank 110 gespeichert wird
(in den inneren Hohlräumen 132 und
den Endhohlräumen 133).
Die Anwesenheit der Verstärkungsschicht 126 erlaubt
die Speicherung von Hochdruck-Wasserstoff, beispielsweise Wasserstoff
mit einem Druck von über
25 MPa oder sogar 35 MPa. Verschlüsse der Öffnungen, die in dem Tankbehälter 120 ausgebildet
sind, müssen
erforderlicherweise die ausreichende Luftdichtheit des Tankbehälters 120 aufrechterhalten
und dem Hochdruck des darin gespeicherten Wasserstoffs einen ausreichenden
Widerstand bieten. Von der Öffnung
des Tankbehälters 120 wird
andererseits erfordert, dass sie eine ausreichende Größe hat,
um eine Anordnung der Wärmeaustauscheinheit 130 zuzulassen.
Der Prozess dieses Ausführungsbeispiels
verengt dementsprechend die Enden des Tankbehälters 120 durch den
Verengungsprozess nach dem Anordnen der Wärmeaustauscheinheit 130 in
dem Tankbehälter 120.
Wenn der Wärmebehandlungsprozess
mit der abrupten Wasserabkühlung
vor dem Verengungsprozess ausgeführt
wird, können
die Effekte der Wärmebehandlung
auf die Verbesserung des Ermüdungswiderstandes
durch den Verengungsprozess zerstört werden. Somit ist der Wärmebehandlungsprozess mit
der abrupten Wasserabkühlung
nach dem Verengungsprozess durchzuführen. Die Wärmebehandlung mit der abrupten
Wasserabkühlung
wird wünschenswerterweise
nach dem Anordnen der Wärmeaustauscheinheit 130 in
dem Tankbehälter 120 und dem
Verengungsprozess ausgeführt.
Wenn sich die Unterstützungsstruktur
zum Halten der Wärmeaustauscheinheit
im Tankbehälter
störend
auf die ruhige Strömung
von Wasser auswirkt, kann die Innenseite des Tankbehälters nicht
abrupt mit Wasser abgekühlt werden.
Beim Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist
das Unterstützungselement 140 so
angeordnet, dass es die Hohlräume
ausbildet, die mit den Öffnungen
auf beiden Seiten des Tankbehälters 120 in
Verbindung stehen. Diese Hohlräume
stellen eine ausreichende abrupte Wasserabkühlung sicher.
-
Modifizierte
Beispiele
-
In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Tankbehälter aus
Aluminiumlegierung hergestellt. Jedoch ist die Aluminiumlegierung
nicht das begrenzende Material und ihr Tankbehälter kann aus einem anderen
geeigneten Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, gebildet werden.
Die Technologie der Erfindung ist auch auf einen Prozess zum Herstellen
des Tankbehälters
aus einem anderen Material anwendbar, welches eine Wärmebehandlung
mit abrupter Wasserabkühlung
beinhaltet, so wie einer Lösungs-Wärmebehandlung.
-
Die
Wärmeaustauscheinheit,
die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde, ist nicht auf die Fülleinheit der Wasserstoffspeicherlegierung
begrenzt, sondern kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden.
Ein Beispiel ist eine Fülleinheit,
welche Wärmeübertragungseinrichtungen,
wie z.B. Rippen, aufweist. Metallrippen, die in der Fülleinheit
angeordnet sind, um mit sowohl der Wasserstoffspeicherlegierung
als auch den Kühlmittelkanälen in Berührung zu
kommen, verbessern die Kühl-
und Erwärmungseffizienz
der Wasserstoffspeicherlegierung. Die Rippen können andererseits in der Fülleinheit
angeordnet sein, um mit sowohl der Wasserstoffspeicherlegierung
als auch dem Tankbehälter
in Kontakt zu kommen. Dies beschleunigt die Wärmeabstrahlung beim Vorgang
der Speicherung des Wasserstoffs. Die Kühlmittelkanäle können vom Aufbau weggelassen
werden, solange der Aufbau eine ausreichende Kühlung beim Vorgang des Speicherns
des Wasserstoffs und ein ausreichendes Erwärmen beim Vorgang des Freilassens
des Wasserstoffs sicherstellt. Die Technologie der Erfindung wird bevorzugterweise
bei irgendeinem dieser modifizierten Aufbauten verwendet, um eine
ausreichende abrupte Wasserabkühlung
sicherzustellen, wenn die Wärmebehandlung
mit abrupter Wasserabkühlung nach
dem Anordnen der Fülleinheit
(oder dem Gehäuse
zum Ausbilden der Fülleinheit)
in den Tankbehälter
angeordnet wurde.
-
In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Wärmeaustauscheinheit, welche
als Fülleinheit
fungiert, mit der Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt. Ein
anderer Absorber oder Adsorber kann zusätzlich zur oder anstatt der
Wasserstoffspeicherlegierung verwendet werden. Beispielsweise können Aktivkohlestoff
oder Carbonnanotubes zusätzlich
zur Wasserstoffspeicherlegierung verwendet werden.
-
Der
Tankbehälter
kann eine Fülleinheit
ohne irgendeinem Absorber oder Adsorber haben, anstatt der Fülleinheit,
die mit Absorber oder Adsorber zum Absorbieren und/oder Adsorbieren
von Wasserstoff gefüllt
ist. Das Unterstützungselement
der Erfindung wird bevorzugterweise bei irgendeinem Gasspeichertank
mit einer Fülleinheit,
die in einem Tankbehälter
zum Halten der Fülleinheit
im Tankbehälter
untergebracht ist, verwendet.
-
Die
vorstehenden Ausführungsbeispiele
betreffen den Wasserstoffspeichertank zum Speichern von Wasserstoff.
Die Technologie der Erfindung ist im Allgemeinen auf Gasspeichertanks
zum Speichern eines Hochdruck-Gases anwendbar.
-
Beim
Aufbau des Ausführungsbeispiels,
ist das Unterstützungselement 140 durch
die gewellte Platte 152 ausgebildet, die im Wesentlichen
die gleiche Länge
wie die Längsabmessung
des Wärmeaustauschgehäuses 134 aufweist.
In einem modifizierten Aufbau werden zahlreiche kurz gewellte Platten
angeordnet, um den Außenumfang
des Wasserstoffspeichertanks kreisförmig zu umgeben und um das Unterstützungselement
auszubilden. Ein Wasserstoffspeichertank dieses modifizierten Aufbaus
ist in 15 dargestellt.
Der modifizierte Aufbau aus 15 hat
zwei Unterstützungselemente 140a und 140b,
obwohl das Unterstützungselement
in eine größere Anzahl
an Sektionen aufgeteilt sein kann. Das Unterstützungselement, welches angeordnet
ist, um die Hohlräume,
welche zwischen dem Tankbehälter
und der Wärmeaustauscheinheit
ausgebildet ist, mit der Öffnung
des Tankbehälters
zu verbinden, ermöglicht
der Wasserströmung
im gesamten Tankbehälter
zu zirkulieren. Dies stellt eine abrupte Abkühlung des Tankbehälters mit
Wasser sicher. Die Anordnung des Unterstützungselements, um die Hohlräume im Wesentlichen
parallel mit der Längsachse des
Tankbehälters
auszubilden, ist für
eine hohe Wasserkühleffizienz
besonders wünschenswert.
-
Beim
Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels
hat der Tankbehälter 120 die Öffnungen
an beiden Enden (die Anschlussöffnungen 121 und 122). Diese
Anordnung macht eine leichte Zirkulation der Wasserströmung durch
den Tankbehälter 120 möglich, um
eine abrupte Abkühlung
des Tankbehälters 120 mit
Wasser zu erreichen. Beim Tankbehälter ist im Allgemeinen erforderlich,
dass er zumindest eine Öffnung
hat. Solange das Unterstützungselement
so angeordnet ist, dass es die gesamte Spalte, die zwischen dem
Tankbehälter
und der Wärmeaustauscheinheit
ausgebildet ist, mit der Öffnung
verbindet, wird die Innenseite des Tankbehälters effektiv mit Wasser beim
Prozess der Wärmebehandlung
abgekühlt.
-
Beim
Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels
ist das Unterstützungselement 140 die
dünne Metallplatte,
um den ausreichend breiten Zirkulationsraum für die Wasserströmung zwischen
dem Tankbehälter
und der Wärmeaustauscheinheit
sicherzustellen. Ein anderes Element als die dünne Metallplatte kann für das Unterstützungselement
verwendet werden. Solange das Unterstützungselement so angeordnet
ist, dass es die gesamte Spalte, die zwischen dem Tankbehälter und
der Wärmeaustauscheinheit
ausgebildet ist, mit der Öffnung
verbindet, wird die Innenseite des Tankbehälters effektiv mit Wasser beim
Prozess der Wärmebehandlung
abgekühlt.
-
Beim
Herstellungsprozess des zweiten Ausführungsbeispiels werden Teilchen
der Wasserstoffspeicherlegierung in den Tankbehälter 120 über das Loch 131 eingebracht,
das auf einem Ende des Tankbehälters 120 ausgebildet
ist. Dieses Loch 131 fungiert auch als Kanal zum Speichern
und Freilassen von Wasserstoff. Das Loch, welches zum Einbringen der
Wasserstoffspeicherlegierung verwendet wird, kann ein anderes Loch
sein, als das Loch, welches als Kanal zum Speichern und Freilassen
des Wasserstoffs fungiert. Bei diesem modifizierten Aufbau, wird
ein poröses
Element in das Loch gesteckt, welches als Kanal zum Speichern und
Freilassen von Wasserstoff dient, bevor das Wärmeaustauschgehäuse in dem
Tankbehälter
angeordnet wird. Das Loch, welches zum Einbringen von Wasserstoffspeicherlegierung
verwendet wird, wird beispielsweise durch Schweißen nach dem Einbringen der
Wasserstoffspeicherlegierung komplett geschlossen.
-
Beim
Herstellungsprozess des zweiten Ausführungsbeispiels werden Teilchen
der Wasserstoffspeicherlegierung in das Wärmeaustauschgehäuse 134 eingebracht
und zwar nach dem Verengen der Öffnungen
des Tankbehälters 120 mit
dem darin aufgenommenen Wärmeaustauschgehäuse 134 und der
Wärmebehandlung
des Tankbehälters 120.
In einem modifizierten Prozess können
die Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung in das Wärmeaustauschgehäuse 134 gepackt
werden, bevor das Wärmeaustauschgehäuse 134
im Tankbehälter 120 angeordnet
wird. Wenn der Tankbehälter 120 mit
der mit den Teilchen der Wasserstoffspeicherlegierung gefüllten Wärmeaustauscheinheit 130 der
Wärmebehandlung
mit abrupter Wasserabkühlung
unterworfen wird, sollte die Wärmeaustauscheinheit 130 ausreichende
Abdichteigenschaften aufweisen, um zu verhindern, dass die Wasserstoffspeicherlegierung durch
die Wasserabkühlung
nass wird. Zu diesem Zwecke verwendet ein anwendbarer Aufbau ein
lösbares
Verschlusselement. Das Verschlusselement wird nach dem Einbringen
der Wasserstoffspeicherlegierung an die Wärmeaustauscheinheit 130 angebracht
und nach der Wärmebehandlung
mit abrupter Wasserabkühlung
gelöst.
-
Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf einen Wasserstoffspeichertank und das Verfahren
zum Herstellen des Wasserstoffspeichertanks dieser Erfindung. Diese
Ausführungsbeispiele
und ihre modifizierten Beispiele sind in aller Hinsicht als veranschaulichend
und nicht als begrenzend zu verstehen. Es können andere zahlreiche Modifikationen
und Veränderungen
durchgeführt
werden ohne vom Rahmen oder dem Gedanken der Haupteigenschaften
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle Veränderungen innerhalb der Bedeutung
und dem Bereich von Äquivalenten der
Ansprüche
sind deshalb als darin enthalten zu verstehen.
-
Der
Rahmen und der Gedanke der vorliegenden Erfindung wird eher durch
die beigefügten
Ansprüche
als durch die vorangehende Beschreibung gekennzeichnet.
-
Mit
der Technologie der Erfindung wird ein Gasspeichertank hergestellt,
der einen Gas-Absorber/Adsorber
aufweist und fähig
ist, ein Hochdruck-Gas
zu speichern. Beim Herstellungsprozess des Wasserstoffspeichertanks
wird zunächst
eine Wärmeaustauscheinheit
zusammengebaut und Teilchen einer Wasserstoffspeicherlegierung in
die Wärmeaustauscheinheit
gefüllt.
Dann werden beim Herstellungsprozess Wasserstoffspeicherlegierungsfülllöcher, die
für das
Einfüllen
der Wasserstoffspeicherlegierung in die Wärmeaustauscheinheit verwendet werden,
versperrt und ein lösbares
Verschlusselement an den Wasserstoff-Einlass angebracht. Nachfolgend
wird beim Herstellungsprozess die Wärmeaustauscheinheit, die mit
Wasserstoffspeicherlegierung gefüllt
ist, in einem zylindrischen Tank angeordnet und beide Enden des
Tanks verengt, um Anschlussöffnungen
auszubilden. Dann wird beim Herstellungsprozess der Tank einer Wärmebehandlung unter
Wasserabkühlung
unterworfen und das Verschlusselement abgelöst. Beim Herstellungsprozess werden
Anschlussbaugruppen an Anschlussöffnungen
angebracht und eine Verstärkungsschicht
um den Außenumfang
des Tanks geformt, um den Wasserstoffspeichertank fertigzustellen.