DE3125276A1

DE3125276A1 - Druckgasbehaelter

Info

Publication number: DE3125276A1
Application number: DE19813125276
Authority: DE
Inventors: Clemens Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Halene; Franz-Josef Dipl.-Ing. 4837 Verl Henrichs; Ernst Dr.-Ing. 4018 Langenfeld Lange; Karl-Ludwig 4690 Herne Strack
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: SAES Getters SpA
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3125276C2; IT8220786A0; FR2508596B1; IT8220786A1; JPH0235681B2; GB2103348B; BR8203052A; FR2508596A1; GB2103348A; JPS588899A; IT1190777B; US4446111A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Wasserstoffspeicher bekannt, die zum Aufnehmen von Speichermetallen bzw„ deren Verbindungen dienen und aus rohrförmigen Behältern bestehen, wobei diese Behälter von außen von einem Wärmetauschmedium umströmt werden, oder dieses mittels eines Röhrensystm durch das Behälterinnere geleitet wird. Dies bewirkt eine Be- und Entlademöglichkeit. Ein Nachteil bekannter Vorrichtungen besteht jedoch darin, daß große Volumenanteile zu weit von der Behälterwandung oder auch von den eben erwähnten Röhrensystemen entfernt liegen, so daß eine hochwirksame Adsorption und Desorption unter Kühlbzw. Heizwirkung nicht erreicht werden kann. Aus diesem Grunde werden bei bekannten Ausführungen die Behälterdurchmesser ^ 30 mm gewählt. Unter Nutzung der auf diese Weise vergrößerten Wärmetauscherfläche ergeben sich zwar bessere Be- und Entladezeiten, jedoch ist der technische Aufwand erheblich,. Dies zeigt sich um so mehr bei der Erstellung von Bündeleinheiten, da neben der Fertigung einer Vielzahl von Kleinbehältern ein komplizierter und aufwendiger Gassammler erforderlich ist.

Ein weiterer grundsätzlicher Nachteil ergibt sich aus der geometrischen Anordnung der Einzelbehälter bei Be- und Entladevorgängen. Da Metallpulver eine unverhältnismäßig schlechte Wärmeleitung zeigen, werden die an Wärmetauscherflächen direkt angrenzenden Volumenanteile noch

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

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

Zur Egalisierung des Wasserstoffentladestromes sind Behälterausführungen insbesondere bei abgasbeheizten Hochtemperaturspeichern bekannt (Abgastemperaturen 300 - 700⁰C), deren rohrförmige Einzelbehälter vom Abgasstrom quer angeströmt und der Abgasstrom unter anderem über Kaskaden geführt wird. Diese ■Vorgehensweise soll eine örtlich begrenzte hochwirksame Wärmezufuhr bewirken. Sie hat jedoch bei asymmetrischer Wärmezufuhr zur Folge, daß unterschiedlich erzeugte Wärmespannungen eine fortschreitende Deformation und Zerstörung des Speichers bewirken.

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

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgasbehälter für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie zu schaffen, der auf der Basis einer Gas-/Feststoffreaktion sowohl ein hohes spezifisches Fassungsvermögen, ein geringes Gewicht, eine schnelle und hochwirksame Be- und Entladbarkeit, eine hohe Lebensdauer und eine hohe Sicherheit aufweist; ferner eine Standardisierung und Typisierung geeigneter Baugruppen sowohl für stationäre als auch mobile Verwendung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Druckgasbehälter vorgeschlagen, wie er in den Patentansprüchen beschrieben ist.

In den beigefügten Zeichnungen sind mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Druckgasbehälters schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Druckgasbehälters im Längsschnitt

Fig. 2 einen Einrohrspeicher im Längsschnitt.

In Fig. 1 nimmt das mit einer hinteren Verschlußkappe und vorderen Verschlußkappe 3 verschlossene Behälterrohr 1 aktive Speichermasse 4 auf, wobei durch Schottbleche 5 die Speichermasse 4 unterteilt ist. Die in radialer Stellung eingebrachten Schottbleche 5 liegen im

einzelnen betrachtet mit ihren zylindrisch ausgebildeten Außenstegen 6 dicht verpreßt an der Innenoberfläche des Behälterrohres 1 an. Die Schottbleche 5 sind mit einem Innensteg 7 versehen, der dicht an der Wandung des Gasrohres 8 anliegt. Dieses Gasrohr 8, mit Querbohrungen 9 versehen, ist über seine Länge mit Metallfolie 10 verfüllt. Den Anschluß gegen eine gesinterte Filterscheibe 11 bildet ein hochverdichteter P'fropfen aus Keramikwolle 12.

Eine in größeren Abständen mit Feinsand verfüllte Abschrottung 13 zeigt, in größeren Abständen angeordnet, eine hochwirksame Sicherung gegen Brandgefahr. Ein Gassammler 14 verbindet über Gasnippel 15 die zum Bündel gefaßten Einzelbehälter. Der Mantel 16 mit Ein- und Auslaß 17 und 18 umgibt das Bündel.

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

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

a) Die Schottbleche -unter Vorspannung eingesetzt- verhindern eine Entmischung des aktiven Speichermaterials mit evtl. vorzunehemenden Beimischungen über den von 2 benachbarten Schottblechen begrenzten Raum hinaus.

b) Die Schottbleche verhindern bei unfallbedingten Behälterbrüchen, daß mit dem leicht entflammbaren Wasserstoff die in pyrophorer Form zu feinsten Partikelchen zerfallenen Pulverteilchen ungehindert mit ausgetragen werden können. Darüberhinaus gewährleistet die Anordnung einer Abschottung in schmelzhemmender Ausführung, indem z.B. bei verringertem Schottblechabstand der Zwischenraum mit Sand verfüllt ist, eine Einschränkung der Brandgefahr in besonderem Maße.

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

d) Die Schottbleche bewirken neben der radial gerichteten Energiezu- bzw. -abfuhr einen axial gerichteten Energieaustauseh. Das bedeutet über eine Intensivierung des Austausches hinaus eine vergleichmäßigende Wirkung in bezug auf die zylinderförmige Volumenanordnung des Speichermaterials und eine ebensolche Wirkung auf die thermische Beanspruchung der Behälterwandung, wobei die beispielsweise unter hohen Temperaturen zugeführte Abgasenergie eines Kraftfahrzeuges mittels der Schottbleche bereits entgaste Pulverzonen mit schlechter Wärmeleitfähigkeit überbrückt und somit die der Behälterwandung entfernt liegenden Volumenanteile nutzbringend einbezieht.

Außerdem wird der Energieaustausch auch sichergestellt, wenn das Speichermaterial, aus welchem Grund auch immer, nicht mehr in direktem Kontakt mit der Behälterwand steht.

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

f) Das vorzugsweise zentral angeordnete Gasrohr bewirkt durch die eingepreßte Metallwolle, daß bei einer gesicherten Gaszufuhr das Eindringen größerer Partikel der Speichermasse verhindert wird. Der in das Gasrohr eingepreßte Pfropfen aus Keramikwolle dient als Feinfilter und läßt selbst kleinste Partikelchen des Metallpulvers nicht eindringen. In Kombination dient die Filterscheibe im wesentlichen der Abstützung der Keramikwolle, damit diese durch den Gasdruck nicht herausgeschleudert wird.

Claims

PATENTANWALTS BÜ RO

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P.E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional Representatives before the European Patent Office

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33

M/Go. 21 311 25. Juni 1981

Mannesmann AG
Mannesmannufer 2
Düsseldorf 1

Druckgasbehälter

Patentansprüche:

Druckgasbehälter für den Einsatz in der Wasserstofftechnologie zur Gasspeicherung auf der Basis einer Gas-/Feststoffreaktion, bestehend aus einem rohrförmigen mit Speichermasse verfüllten Einzelbehälter oder aus einem Bündel zusammengefaßter Einzelbehälter, einer Gaszuführung, einem Be- bzw. Entgasungsrohr und einem Gassammler, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Einzelbehälter zur Behälterachse radial gerichtete Schottbleche (5) angeordnet sind, die einen zylindrischen Außensteg (6) aufweisen und unter Vorspannung gegen die Innenwandung des Behälters (1) dicht abschließen und daß die Schottbleche (5) Innenstege (7) aufweisen, mit denen sie ein zentrales Gasrohr (8) dicht umschließen.

TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINERBANKAG. RMEISSNEaBLN-W inven d BERLIN 030/8916037 BERLIN 31 404737-103 030/891 30 26 3695716000
2. Druckgasbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schottblechen (5) in größeren Abständen Abschottbleche aus Metall mit hohen Schmelzpunkten oder aus nicht brennbarem Werkstoff eingefügt werden.
3. Druckgasbehälter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schottbleche (5) mit einer aktiven Speichermasse einen vorgefertigten Verbundkörper in Form eines Pellets bilden.
K. Druckgasbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- bzw. Außenoberfläche des Behälterrohres und der Schottbleche (5) mit einem hochleitfähigen Metallüberzug ( 1= 60vin) versehen sind.
5. Druckgasbehälter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer Vielzahl von Querbohrungen (9) versehene Gasrohr (8) mit Metallwolle (1O) verfüllt ist und gegenüber einer Metallfilterscheibe (11) mit einer Packung aus dichtverpreßter Keramikwolle (12) abschließt.