DE2615630C2

DE2615630C2 - Wasserstoffspeicher

Info

Publication number: DE2615630C2
Application number: DE2615630A
Authority: DE
Inventors: Donald B. Spanish Fork Utah Mackay
Original assignee: BILLINGS ENERGY RESEARCH CORP PROVO UTAH US
Current assignee: BILLINGS ENERGY RESEARCH CORP PROVO UTAH US
Priority date: 1975-04-21
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1982-11-18
Also published as: GB1531862A; JPS51128713A; JPS614100U; DE2615630A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserstoffspeicher mit einem Gehäuse, mit einem darin untergebrachten -ind ein wasserstoffbindendes Material enthaltenden länglichen, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Behälter, der mit einem Anschluß zum Zuführen und Entnehmen von Wasserstoffgas versehen ist, und mit einem Einlaß und einem Auslaß an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses zum Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums.

Bei einem bekannten derartigen Wasserstoffspi 'ier steht der das Speichermedium enthaltende Behälter mit zwei getrennten Rohrschlangen in Verbindung, wobei die zum Erwärmen dienende Rohrschlange um den Behälter herum gelegt ist, während die zum Abkühlen dienende Rohrschlange in das Speichermedium eingebettet ist. Das den Behälter umgebende Gehäuse dient nur zum Zusammenhalten eines Wärmeisoliermittels und enthält kein Wärmeübertragungsmedium. Der das Speichermedium enthaltende Behälter hat lediglich eine Zuleitung, durch die der Wasserstoff zuströmt oder abströmt. Der Nachteil dieser bekannten Konstruktion besteht darin, daß das Speicherrriediüm nicht überall die gleiche Temperatur aufweist, so daß sich eine Ungünstige Ausnutzung des Speichermediums ergibt. Außerdem ist der Strömungswiderstand der Rohr* schlangen verhältnismäßig groß, so daß die Geschwindigkeit, mit der Wasserstoff gespeichert oder ffeigege* ben werden kann, begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserstoffspeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Wasserstoffgas über das gesamte Speichermedium möglichst gleichmäßig gebunden oder abgegeben wird und bei dem der Strömungswiderstand des Leitungssystems für das Wärmeüberlragungsmedium gering ist, so daß dieses Leitungssystem insbesondere in Abgasquellen eingeschaltet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß der gesamte Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Behälter als Durchflußraum für das Wärmetauschmedium verwendet wird, und daß, in Fließrichtung des Wärmetauschmediums gesehen, der Querschnitt des Behälters mit dem wasserstoffbindenden Material abnimmt

Gemäß einer Weiterbildung ist der Behälter mit in den Durchflußraum für das Wärmetauschmedium hineinragenden Wärmetauschflossen vergehen. Dadurch wird erreicht, daß leichter herzustellende Behälter, die eher zylindrisch als kegelstumpfförmig sind, für das wasserstoffbindende Material verwendet werden können, da durch die Gestaltung der Wärmetauschflossen derart, daß diese in Fließrichtung des Wärmetauschmediums eine zunehmende Breite aufweisen, eine gleichmäßige Temperatur in dem Speichermedium erreicht werden kann.

Um den Strömungswiderstand für das Wärmetauschmedium noch mehr zu verringern und gleichzeitig die Temperaturverteilung in dem Speichermedium in noch engeren Grenzen zu halten, kann der Behälter von einem vom Wärmetauschmedium durchströmten Rohr durchquert sein.

Ein gleiches Ergebnis ergibt sich auch, wenn im Gehäuse mehrere parallel zueinander liegende Behälter angeordnet sind.

Die Verwendung mehrerer Behälter, die parallel geschaltet sind, ist zwar schon bekannt (DE-OS 21 36 732), jedoch sind dabei die Behälter nicht in einem Gehäuse untergebracht, sonders lediglich durch zwei stabile Rollringe zusammengehalten.

Es ist auch schon bekannt. Behälter für ein Speichermedium an der Außenseite mit Rippen zu versehen, jedoch dienen diese nur zur Kühlung und nicht, wie beim Anmeldungsgegenstand, zum Herstellen einer möglichst gleichen Temperatur innerhalb des Speichermediums(DE-OS 24 29 725).

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch einen Wasserstoffspeicher.

Fig. 2A einen Axialschnitt durch einen anderen Wasserstoffspeicher.

Fig. 2B einen Querschnitt des hinteren Bereichs eines anderen Wasserstoffspeichers.

F i g. 3 eine perspektivische Seitenansicht in teilweise gebrochener Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Wasserstoffspeichers,

F i g. 4 eine perspektivische Seitenansicht in teilweise gebrochener Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Wasserstoffspeichers₍

Fig, 5A eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsföfm eines Wasserstöffspeichers und

F t g. 5B einen Axialschnitt durch denselben,

Der in Fig, I dargestellte Wasserstoffspeicher Umfaßt ein Gehäuse 70, ein mit einem Ende des Gehäuses 70 verbundenes Einlaßrohr 72 und ein mit

dem anderen Ende des Gehäuses verbundenes Auslaßrohr 74. In dem Gehäuse 70 befindet sich ein Behälter 76 für ein wasserstoffbindendes Material, der praktisch kegelEtumpfförmig gestaltet ist, wobei das breitere Ende des Behälters in der Nähe des Einlaßrohres 72 und das schmalere Ende des Behälters in der Nähe des Auslaßrohres 74 liegt. Durch das Gehäuse 70 hindurch erstreckt sich ein Rohr 78 nach innen in den Behälter 76, durch welches Wasserstoff in den Behälter und aus diesem heraus geleitet werden kann. An der Verbindungsstelle zwischen dem Rohr 78 und dem Behälter 76 ist ein Filter 79 angeordnet. Wie in Fi g. 1 durch Pfeile angedeutet ist, gelangt das Wärmetauschmedium durch das Einlaßrohr 72 in das Gehäuse und strömt um den Behälter 76 und von dort durch das Auslaßrohr 74 wieder nach außen.

Die Fig.2A und 2B zeigen eine abgeänderte Ausführungsform des in F i g. 1 dargestellten Wasserstoffspeichers. Der Behälter 75 für das wasserstoffbindende Material ist kreiszylindrisch und weist eine Anzahl dreieckiger Rippen 77 auf, die von dem Behälter nach außen weisen und an ihm befestigt sind. Diese Rippen 77 nehmen zum Ausgangsende ύα, Gehäuses 67 an Breite zu, um an dem Ausgangsende einen besseren Wärmeaustausch zwischen dem durch das Gehäuse strömende Wärmetauschmedium und dem in dem Behälter 75 befindlichen wasserstoffbindenden Material zu gewährleisten. Die Rippen 77 sorgen also dafür, daß trotz abnehmendem Temperaturunterschiedes zwischen dem Wärmetauschmedium und dem wasserstoffbindenden Material am Ausgangsende des Gehäuses 67 die übertragene Wärmemenge annähernd gleich bleibt.

F i g. 3 zeigt einen Wasserstoffspeicher mit mehreren in einem Gehäuse 42 angeordneten Behältern 40. Jeder Behälter 40 ist im wesentlichen rohrförmig mit gleichbleibendem Querschnitt, und alle Behälter liegen dicht nebeneinander. Trotz dieser dichtgepackten Anordnung bestehen noch Zwischenräume zwischen benachbarten Behältern und /wischen den Behältern und dem Gehäuse 42. Es sind ferner Füllstreifen 46 an der Innenfläche des Gehäuses 42 vorgesehen, um einen Strömungsweg zwischen nebeneinanderliegenden Behältern 40 freizuhalten.

Fig.4 zeigt einen Wasserstoffspeicher mit einem länglichen Gehäuse 2. in dem ebenfalls mehrere im allgemeinen zylindrische Behälter 6 parallel liegend zueinander angeordnet sind. Außerdem sind Abstandshalter 10 in Form von Stangen vorgesehen, die dazu dienen, die Behälter 6 nicht nur im lichten Abstand voneinander, sondern auch im Abstand von den Wänden des Gehäuses 2 zu halten. Die Abstandshalter bewirken, daß das Wärmetauschmedium ungehindert um die Behälter fließen kann. Es gelangt durch ein Einlaßrohr 14 in das Gehäuse, strömt dort um die Behälter 6 und gelangt durch ein Auslaßrohr 18 wieder nach draußen, wie durch Pfeile angedeutet ist.

Es sind ferner Füllteile 22 an der Innenfläche des Gehäuses 2 verteilt jeweils zwischen zwei benachbarten Behältern 6 vorgesehen. Diese Füllteilc 22 erstrecken sich längs des Gehäuses 2 und sind so gestaltet, daß tie das durch das Gehäuse 2 strömende Wärmetauschmedium dicht an den Behältern 6 entlangführen.

Die Behälter 6 sind mit einem wasserstoffbindenden Material 26 gefüllt, welches Wasserstoff absorbieren oder freigeben kann, je nachdem, ob es abgekühlt oder erhitzt wird. Wasserstoffgas gelangt dabei durch einen Verteiler 30 in die Behälter 6.

Das Speichern von Wasserstoff geschieht in der Weise, daß Wasserstoffgas in den Verteiler 30 geleitet wird, während ein Wärmetauschmedium, z. B. Wasser oder Luft, in das Einlaßrohr 14 geleitet wird und durch das Gehäuse 2 strömt, mit den Behältern 6 in Berührung kommt und diese kühlt und das Gehäuse durch das Auslaßrohr 18 wieder verläßt. Das Wärmetauschmedium nimmt dabei die von dem wasserstoffbindenden Material 26 abgegebene Wärme auf. Sobald die Speicherung beendet ist, wird ein Ventil 34 geschlossen, um zu verhindern, daß Wasserstoff r.tweicht, bevor er tatsächlich gebraucht wird.

Die Anordnung des Verteilers 30 am Ausgangsende des Gehäuses 2 erleichtert die Absorption vom Wasserstoff am Ausgangsende der Behälter 6, trotz des an dieser Stelle geringeren Temperaturunterschiedes zwischen dem Wärmetauscher und dem wasserstoffspeichernden Material.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wasserstoffspeichers. In e-in Gehäuse 80 sind an der einen Seite ein Einlaßrohr 82 und an der anderen Seite ein Auslaßrohr 84 eingesetzt. Ferner befinden sich in dem Gehäuse mehrere zylinderförmige Hydridbehälter 86, 88, 90, 92 und 94, die in mehreren Reihen derart angeordnet sind, daß ihre Achsen im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Strömungsrichtung des durch das Gehäuse 80 strömenden Wärmetauschmediums liegen, wie durch Pfeile angedeutet ist.

Das Wärmetauschmedium gelangt durch dis Rohr 82 in das Gehäuse 80, strömt um die Behälter 86, 88, 90, 92 und 94 und verläßt das Gehäuse durch das Auslaßrohr 84.

In Fig. 5B ist zu erkennen, daß die nahe dem Einlaßrohr 82 gelegene Reihe von Behältern 86 im Umfang größer ist als die in der nächstfolgenden Reihe liegenden Behälter 88, die wiederum grußer sind als die darauffolgenden Behälter 90, 92 und 94. Durch den in Strömungsrichtung des Wärmetauschmediums abnehmenden Durchmesser der Behälter wird erreicht, daß trotz der in Strömungsrichtung des Wärmetauschmediums abnehmenden Temperatur das wasserstoffspeichernde Material in den einzelnen Behältern jeweils die gleiche Temperatur ha¹, so daß das Speichermedium auch gleichmäßig ausgenutzt wird.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserstoffspeicher mit einem Gehäuse, mit mindestens einem darin untergebrachten und ein wasserstoffbindendes Material enthaltenden länglichen, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Behälter, der mit einem Anschluß zum Zuführen und Entnehmen von Wasserstoffgas versehen ist, und mit einem Einlaß und einem Auslaß an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses zum Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Zwischenraum zwischen dem Gehäuse (70; 67) und dem Behälter (76; 75) bzw. den Behältern (86, 88, 90, 92, 94) als Durchflußraum für das Wärmetauschmedium verwendet wird, und daß, in Fließrichtung des Wärmetauschmediums gesehen, der Querschnitt des Behälters bzw. der Behälter mit dem wasserstoffbindenden Material abnimmt

2. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (75) mit in den Durchfiüßraum für das Wärrr.etsuschmediuir. hineinragenden Wärmetauschflossen (77) versehen ist (F ig. 2).

3. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflossen (77) eine in Fließrichtung des Wärmetauschmediums zunehmende Breite aufweisen (F i g. 2).

4. Wasserstoffspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (40) mit dem wasserstoffbindenden Material zusät2 ^;ch von einem vom Wärmetauschmedium durchströmten Rohr (44) durchquert ist (F i g. 3).

5. Wasserstoffspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (42) mehrere parallel zueinander liegende Behälter (40) angeordnet sind (F i g. 3. F i g. 4).