DE102004043947B4

DE102004043947B4 - Metallhydridspeicher und Verfahren zur Herstellung derartiger Metallhydridspeicher

Info

Publication number: DE102004043947B4
Application number: DE102004043947A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Kneppel (FH); Otto Dr. Bernauer; Winfried Martin
Original assignee: PRINZ GmbH
Current assignee: PRINZ VERWALTUNGS GMBH, 55442 STROMBERG, DE
Priority date: 2004-09-11
Filing date: 2004-09-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2024-09-12
Also published as: DE102004043947A1

Abstract

Metallhydridspeicher mit hydrierbarem Speichermetallpulver, das in mindestens eine Hydridkammer gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydridkammer (1; 19; 20) mindestens einen Spalt (2; 6; 9) aufweist, dessen Breite kleiner oder gleich dem Durchmesser der Hydridpartikel ist, dass eine oder mehrere der Hydridkammern (1; 19; 20) in einem Hydridbehälter (3) angeordnet sind, wobei der Hydridbehälter (3) und die Hydridkammern (1; 19; 20) aus einer als Strangpressprofil gefertigten oder direkt geblasenen Aluminiumlegierung bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallhydridspeicher mit hydrierbarem Speichermetallpulver, das in mindestens eine Hydridkammer gefüllt ist, und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Metallhydridspeicher.
Metallhydridspeicher können verschiedene Aufgaben übernehmen; insbesondere dienen sie zur feuerungefährlichen Speicherung von Wasserstoff. Dabei wird hydrierbares Metall durch chemische Bindung von Wasserstoff in ein Metallhydrid übergeführt, wobei die Bindungsenthalpie in Form von Wärme freigesetzt wird. Zum Freisetzen des Wasserstoffes muss die gleiche Wärmemenge wieder zugeführt werden.

Bisherige Metallhydridspeicher enthalten loses Hydridmaterial oder in Dosen gekammertes Hydridmaterial. Damit keine Partikel (1 Mikrometer) während der Entladung aus dem Speicher ausgetragen werden, enthalten die Hydridspeicher aufwendige Filtersysteme. Diese Filter machen die Metallhydridspeicher teuer. Aus der EP-PS 0 188 996 ist ein Metallhydridspeicher bekannt, bei dem das Hydridmaterial in Kassetten gekammert wurde, die das Verlagern des Materials verhindern sollen. Um das Austreten von Partikeln zu verhindern, mussten Feinfilter in den Hydridspeicher eingebaut werden. Ferner ist es notwendig, dass diese bekannten Hydridspeicher aus teueren nahtlosen Edelstahlrohren gefertigt werden, um eine Wasserstoffversprödung zu verhindern.

Bei diesem bekannten Metallhydridspeicher bewirkt die erste Beladung mit Wasserstoff eine erhebliche Volumenzunahme und dadurch bedingt eine irreversible Verformung der einzelnen Kassetten. Die Kassetten klappen nach der Erstbeladung mit Wasserstoff auf, so dass das Hydridmaterial aus der Kassette bis an den Metallfilter fließt. Ohne Filter würde das Hydridpulver aus dem Druckbehälter austreten.

Aus der DE 31 25 276 A1 ist ein Druckgasbehälter bekannt, der keine Kassetten aufweist, sondern offene Schalen aus Aluminium. Auch bei diesem Behälter muss ein Sintermetallfilter dafür sorgen, dass kein Hydridpulver aus dem Druckbehälter austritt.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Metallhydridspeicher vorzuschlagen, bei dem der Austrag von Feinstaub weitestgehend vermieden wird und der kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Metallhydridspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben sind. Anspruch 5 charakterisiert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Metallhydridspeichers. Nähere Erläuterungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungen.

Das Speichermetallpulver wird in Hydridkammern abgefüllt, die mindestens einen Spalt aufweisen, dessen Breite kleiner oder gleich dem Durchmesser der Hydridpartikel ist, so dass das Austreten der Hydridpartikel verhindert wird. Diese Hydridpartikel haben einen Korndurchmesser zwischen 1 Mikrometer und 50 Mikrometer. Je nach gewünschter Dynamik des Speichers werden wenige oder viele Spalten eingesetzt. Beispielsweise wird das Hydridmaterial in eine Dose gefüllt, die einen Schraubdeckel besitzt. Die Spaltweite des Deckels zur Dose liegt unter 1 Mikrometer, so dass keine Partikel austreten können, deren Durchmesser größer oder gleich 1 Mikrometer ist. Beispielsweise können drei derartige Dosen, die jeweils einen Schraubdeckel besitzen, in einen Hydridbehälter eingefügt werden, wobei in den Hydridbehälter auf übliche Weise Gas zugeführt werden kann.

Die Hydridkammern sind so konstruiert, dass kein Material aus den einzelnen Kammern austreten kann. Die Gasspalten der Kammern sind kleiner als der Durchmesser der Teilchen. Die Einzelkassetten (Hydridkammern) sorgen dafür, dass die Hydridteilchen (Partikel) in den Kassetten bleiben und nur das Gas austritt. Im Falle eines Speicherbruchs gilt dies auch. Damit ist der Speicher sicherer als ein Hydridspeicher konventioneller Bauart, bei dem die Hydridteilchen austreten können. Die Hydridteilchen sind pyrophor. D. h., sie entzünden sich spontan.

Die Hydridbehälter und Hydridkammern (Dosen) bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die als Strangpressprofil gefertigt oder direkt geblasen werden kann. Hierdurch wird der Bau des Metallhydridspeichers kostengünstig ermöglicht. Bei dem bekannten Metallhydridspeicher muss teueres nahtloses Edelstahl verwendet werden. Bei der Verwendung von Aluminium-Strangpressprofilen ist materialbedingt keine Versprödung zu befürchten. Die teueren Schweißprozesse werden ebenfalls umgangen und es werden Schnelldichtungstechniken verwendet, die auch in vollautomatischen Fertigungsprozessen eingesetzt werden können. Die Metallhydridspeicher besitzen keine Schweißnaht, sondern bestehen aus Einzelteilen, die durch O-Ringdichtungen miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann durch Schraubtechnik oder durch Crimptechnik einfach und preiswert montiert werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 Den Längsschnitt durch einen Hydridbehälter mit Hydridkammern,
2 Den Querschnitt durch einen Hydridbehälter.
1 zeigt den Hydridbehälter 3, der aus einer Aluminiumlegierung besteht. Dieser Hydridbehälter 3 ist mit den Schraubdeckeln 12 und 13 verschlossen. Zwischen dem Deckel 12 bzw. 13 und den Wänden des Hydridbehälters 3 befinden sich die O-Ringabdichtung 14 bzw. 15. An dem oberen Schraubdeckel 13 ist der Gasanschluss 21 angeordnet. Gegebenenfalls befindet sich am zentralen Gaseintritt bzw. Gasaustritt 21 der Sintermetallfilter 16. Dieser wird nur eingebaut, wenn eine Redundanz gefordert wird.
Wie aus 2 erkenntlich, ist der Hydridbehälter 3 im wesentlichen im Querschnitt quadratisch, wobei im Inneren ein im Querschnitt kreisförmiger Hohlraum 18 angeordnet ist. Längs der Oberfläche dieses Hohlraumes 18 sind Gaskanäle 17 angeordnet. In 2 sind insgesamt vier Gaskanäle 17 gleich verteilt über der Oberfläche des Hohlraumes 18 zu sehen. Diese Gaskanäle 17 sind in das Strangpressprofil des Hydridbehälters 3 als Strömungskanäle eingearbeitet. Sie sorgen dafür, dass der Wasserstoff ungehindert an den Hydridkammern vorbeifließen kann. Die Hydridkammern 1, 19 und 20 sind im Inneren des Hydridbehälters 3 in diesem Hohlraum 18 angeordnet, wie es im Folgenden gemäß 1 beschrieben wird. Die Hydridkammern (Kassetten) 1, 19 und 20 dehnen sich beim Hydrieren aus und lehnen sich an die Außenwand (Oberfläche des Hohlraumes 18) an. Die Gaskanäle 17 (Strömungskanäle) begünstigen die Wasserstoffbe- und -entladung.
Gemäß 1 befinden sich im Inneren des Hydridbehälters 3 die Hydridkammern 1, 19 und 20. Die Hydridkammer 1 besteht aus der Dose 5, die mit dem Deckel 4 verschlossen ist. Zwischen dem Deckel 4 und der Dose 5 verbleibt nach dem Verschließen der Spalt 2. Die Dose 5 ist zylinderförmig und hat einen flachen Boden. Im Inneren des Hydridbehälters 3 werden mehrere derartige Hydridkammern 1 angeordnet werden, die alle diese oder eine analoge Gestaltung aufweisen.
Im Inneren des Hydridbehälters 3 sind im oberen und unteren Bereich die Hydridkammern 19 und 20 angeordnet, die an die Schraubdeckel 12 und 13 des Hydridbehälters 3 angepasst sind. Die Hydridkammer 19 bzw. 20 besteht aus der Dose 8 bzw. 11, die jeweils mit dem Deckel 7 bzw. 10 verschlossen ist. Zwischen dem Deckel 7 und der Dose 8 ist der Spalt 6 angeordnet. Zwischen dem Deckel 10 und der Dose 11 verbleibt der Spalt 9.
Die Hydridkammer 1, 19 bzw. 20 wird mit hydrierbarem Speichermetallpulver gefüllt und so verschlossen, dass ein Spalt 2, 6 bzw. 9 verbleibt, der eine Breite von kleiner oder gleich dem Durchmesser der Hydridpartikel aufweist. Die Hydridpartikel haben einen Korndurchmesser zwischen 1 Mikrometer und 50 Mikrometer. Der Spalt verhindert das Austreten der Hydridpartikel. Bei Ingebrauchnahme des Metallhydridspeichers sorgen die Hydridkammern (Einzelkassetten) dafür, dass die Hydridteilchen in den Kassetten bleiben und nur das Gas austritt.
Der Hydridbehälter 3 und die Hydridkammern 1, 19 und 20 werden aus einer Aluminiumlegierung als Strangpressprofil gefertigt oder direkt geblasen.
Der Wasserstoff wird über den Gasanschluss 21 be- oder entladen. Beim Hydrieren des sich in den Hydridkammern befindlichen Speichermaterials dehnen sich diese Hydridkammern aus und lehnen sich an das sie umgebende Innere des Hydridbehälters 3 an. Der Wasserstoff kann an den Gaskanälen bei der Be- und Entladung entlangströmen.
Der dargestellte Metallhydridspeicher besitzt keine Schweißnaht, sondern besteht aus Einzelteilen, die durch O-Ringabdichtung miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann durch Schraubtechnik oder durch Crimptechnik einfach und preiswert montiert werden. Insgesamt weist diese Speicherbautechnik eine deutliche Verbilligung gegenüber sonst üblichen Techniken auf.

Claims

Metallhydridspeicher mit hydrierbarem Speichermetallpulver, das in mindestens eine Hydridkammer gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydridkammer (1; 19; 20) mindestens einen Spalt (2; 6; 9) aufweist, dessen Breite kleiner oder gleich dem Durchmesser der Hydridpartikel ist, dass eine oder mehrere der Hydridkammern (1; 19; 20) in einem Hydridbehälter (3) angeordnet sind, wobei der Hydridbehälter (3) und die Hydridkammern (1; 19; 20) aus einer als Strangpressprofil gefertigten oder direkt geblasenen Aluminiumlegierung bestehen.
Metallhydridspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydridkammer (1; 19; 20) als Dose (5; 8; 11) oder Flasche ausgebildet ist, die mit einem Deckel (4; 7; 10) verschlossen ist, wobei zwischen dem Deckel (4; 7; 10) und der Dose (5; 8; 11) der Spalt (2; 6; 9) angeordnet ist.
Metallhydridspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spaltes (2; 6; 9) zwischen dem Deckel (4; 7; 10) und der Dose (5; 8; 11) kleiner 1 Mikrometer ist.
Metallhydridspeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydridbehälter (3) aus Einzelteilen besteht, die durch Schraubtechnik oder durch Crimptechnik mit O-Ringdichtungen (14; 15) verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Metallhydridspeichers, der in Hydridkammern gefülltes hydrierbares Speichermetallpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrierbare Speichermetallpulver in Hydridkammern (1; 19; 20) gefüllt wird und dass diese so verschlossen werden, dass ein Spalt (2; 6; 9) mit einer Breite von kleiner oder gleich dem Durchmesser der Hydridpartikel verbleibt, so dass das Austreten der Hydridpartikel verhindert wird.