DE3337754C2

DE3337754C2 - Wasserstoffspeicher

Info

Publication number: DE3337754C2
Application number: DE3337754A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr. 7056 Weinstadt Bernauer; Robert 7012 Fellbach Wagner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1983-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1986-05-28
Also published as: GB2148477B; GB2148477A; DE3337754A1; US4583638A; CA1225340A; GB8424735D0

Abstract

Es wird ein druckfester Behälter zur Speicherung von Wasserstoff in einem Metallmatrixkörper beschrieben, bei dem der Matrixkörper in einem Rohr vorzugsweise aus Aluminium angeordnet ist, dessen Außendurchmesser vor der Aktivierung geringer als der Innendurchmesser des Behälters ist und wobei an den Stirnflächen des Matrixkörpers den Rohrquerschnitt ausfüllende Scheiben anliegen, die gegen einen Widerstand innerhalb des Rohres nach außen verschiebbar sind, wodurch dem Matrixkörper eine Ausdehnung in axialer Richtung ermöglicht wird. Zur schnelleren Wasserstoffaufnahme und -abgabe ist der Matrixkörper bevorzugt mit einem zentralen Entnahmerohr versehen, das durch die Scheiben geführt ist. Eine Deformation des Behälters durch Volumenänderungen des Matrixkörpers tritt nicht mehr auf.

Description

Gegenstand der Erfindung ist «.in Wasserstoffspeicher bestehend aus einem dem Wasserstoffdruck standhaltenden Behälter, in dem das Wasserstoffspeichermaterial in einem zylindrischen mit Endplatten versehenen Hohlkörper angeordnet ist, der mit Abstand zur Behälterwand gehaltert ist.

Während der Beladung und Entladung von hydridbildenden Legierungen mit Wasserstoff verändert sich die Röntgendichte des Festkörpers um bis zu 25%. Dadurch ergeben sich erhebliche Probleme für die Konstruktion der Behälter, da die Behälterwand nicht oder nur wenig arbeiten darf.

Aus der EP-OS 93 885 ist ein Speicher bekannt, bei den eine Speichermaterialschüttung zur schnelleren Beladung mit Wasserstoff innerhalb eines druckfesten Behälters in einem mit Abstand zur Behälterwand gehalterten porösen Gewebeschlauch untergebracht ist. Obwohl der Gewebesehlauch durch seine Elastizität Volumenschwankungen des Speichermaterials in gewissem Umfang ausgleichen kann, kann er nicht das Absetzen des Speichermaterialpulvers unter Verdichtung verhindern, so daß letztendlich die bekannten Schädigungen des Behälters nicht zu vermeiden sind.

Ein anderer Weg, die Schädigung des Behälters zu verhindern, ist in der DE-OS 31 25 276 beschrieben. Hier ist das pulverförmige Speichermaterial in verhältnismäßig dünner Schüttung auf schalenförmigcn Einbauten innerhalb des Speicher-Behälters angeordnet. Durch die dünne Schüttung ist die Gefahr der Kompaktierung des Speichermaterials vermindert, jedoch ist eine derartige Konstruktion durch die vielen Einbauten innerhalb des Speicherbehälters sehr aufwendig.

Die Probleme der Behälterdeformation durch das Speichermaterial können durch die Festlegung des SDeichermaterials in Metallmatrixkörpern teilweise vermindert werden, jedoch kommt es bei einem Matrixkörper im Betrieb ebenfalls zu Aufweitungen des Matrixgerüstes, so daß auch die aus der DE-OS 31 50 133 bekannte Abdeckung des Matrixkörpers durch eine Deformationszone nicht zu einer gänzlich befriedigenden Zyklenstabilität führt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen druckfesten Behälter zur Speicherung von Wasserstoff zu schaffen, der auch über viele Be- und Entladungszyklen nur eine geringe Aufweitung besitzt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des im Patentanspruch 1 beschriebenen druckfesten Behälters gelöst

Der Matrixkörper wird innerhalb des wasserstoffundurchlässigen Rohres angeordnet dessen Außendurchmesser vor der Aktivierung geringer ist als der Innendurchmesser des druckfesten Behälters, wobei an den Stirnflächen des Matrixkörpers innerhalb des Rohres den Rohrquerschnitt ausfüllende scheibenförmige Endplatten anliegen, die gegen einen Widerstand innerhalb des Rohres nach außen verschiebbar sind, ά h. die Stirnflächen des Matrixkörpers werden durch diese Scheiben zusammengepreßt der Matrixkörper kann sich jedoch gegen diesen Widerstand axial ausdehnen.

Die Differenz zwischen Außendurchmesser des Rohres und Innendurchmesser des dem Wasserstoffdruck standhaltenden Behälters muß so bemessen werden, daß die infolge der Aktivierung des Matrixkörpers durch Beladen mit Wasserstoff entstehende radiale Aufweitung des wasserstoffundurchlässigen Rohres geringer oder höchstens gleich dieser Differenz ist Die Aufweitung des Rohres hängt z. B. vom Durchmesser des Rohres sowie von der Art des verwendeten Speichermaterials ab und kann anhand eines einfachen Vorversuchs jederzeit leicht ermittelt werden.

Das den Matrixkörper enthaltende Rohr kann lose in den Behälter gelegt sein, bevorzugt wird jedoch, das Rohr innerhalb des Behälters an seinen vom Matrixkörper nicht erfüllten Enden snit Abstand zur Behälterwand, insbesondere konzentrisch, zu lagern.

Die an den Stirnflächen des Matrixkörpers anliegenden scheibenförmigen Endplatten sind im Rohr gegen einen Widerstand nach außen verschiebbar, um auch eine axiale Ausdehnung des Matrixkörpers bei der Aktivierung zuzulassen. Der Widerstand kann z. B. durch einen in dem Rohr angebrachten Sprengring gebildet sein, den die Scheibe bei Ausdehnung des Matrixkörpers unter Überwindung seines Reibungswiderstandes in dem Rohr nach außen drückt, oder die scheibenförmigen Endplatten können an ihrer Außenseite mit einem kolbenförmigen Schaft versehen sein, der unter definierter Vorspannung an der Innenwand des Behälters anliegt. Besonders günstig ist es, wenn die scheibenförmigen Endplatten gegen eine Feder verschiebbar sind.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung weiter erläuJert

Der dem Wasserstoffdruck standhaltende Stahlbehälter 1 ist mit einem Entnahmerohr 2 versehen, Innerhalb des Behälters 1 befindet sich der Matrixkörper 4, der aus einem Preßling aus der metaUbildenden Legierung und Aluminium- oder Kupferpulver hergestellt sein kann. Der Preßling 4 befindet sich in dem wasserstoffundurchlässigen Rohr 3, das an seinen vom Matrixkörper nicht erfüllten F.nden mittels der Zentrierscheiben 9 und 9'

b5 mit Abstand zur Behälterwandung gehaltert ist. An den Stirnseiten des Preßlings 4 liegen unter Federvorspannurig scheibenförmige Endplatten 5 und 5' an, die den Preßling axial zusammendrücken. Die den Druck aus-

übenden Federn 6 und 6' stutzen sich an den Zentrierscheiben 9 und 9' ab. Die Zentrierscheiben liegen einmal am Behälterboden an, zum anderen an einer im Behälter befestigten Stützplatte 7. Ferner ist zur besseren Wasserstoffaufnahme und -abgabe ein zentrales Entnahmerohr 8 vorgesehen, das aus einem porösen, den Durchtritt von Wasserstoff erlaubenden Material besteht. Das Rohr 3 besteht aus einem wasserstoffundurchlässigen hochfesten, debnfähigen Material, das auch unter Druckwechselbeanspruchung wasserstoffbeständig ist. Bevorzugt wird als Material für das Rohr 3 Aluminium und seine Legierungen, insbesondere Alumini um-Silicium-Magnesium-Legierungen. Die Endplatte 5 kann ebenfalls aus diesem Material bestehen, sofern der Wasserstoff durch ein zentrales Entnahmerohr aus dem Speicher abgeführt wird. Wird auf das zentrale Entnahmerohr verzichtet, so müssen die Endplatten 5 und 5' wasserundurchlässig sein, d. h. aus einem porösen Material bestehen. Ferner ist es selbstverständlich, daß die Zentrierscheiben 9 und 9' sowie die Stützplatte 7 mit öffnungen versehen sind, die den Durchtritt von Wasserstoff erlauben. Durch das Rohr 3 ist es de.n Mairixkörper möglich, in radialer Richtung sich auszudehnen, ohne die Behälterwandung 1 zu weiten, während die Endplatten 5 die Ausdehnung des Matrixkörpers in axialer Richtung ermöglichen. Der Abstand zwischen Behälterwand und Rohr 3 muß so bemessen sein, daß die Ausdehnung des Körpers ermöglicht wird, ohne die Außenwand aufzuweiten, wozu im allgemeinen ein Abstand von wenigen Millimetern ausreicht. Besonders günstig ist es, den Abstand zwischen Behälterwand und Rohr 3 so zu bemessen, daß sich das Rohr 3 bei seiner radialen Aufweitung gerade an die Behälterwandung anlegt, wodurch auch ein guter Wärmeübergang von der Behälterwand auf den Matrixkörper gewährleistet wird. Zur besseren Übertragung der Wärme von dem Stahlbehälter auf den in dem Rohr 3 befindlichen Matrixkörper ist es bei größeren Abständen zwischen Rohr und Behälterwand von Vorteil, wenn der Zwischenraum zwischen di;r Behälterwand und dem Rohr 3 mit einem gut wärmeleitenden komprimierbaren Material, z. B. Stahlwolle, Stahlspäne oder Kupferspäne, gefüllt ist. Dabei darf die Menge des komprimierbaren Materials jedoch nicht so groß sein, daß bei der Aufweitung des Rohrs eine Deformierung der Behälters erfolgt. Auch in axialer Richtung ist nur ein geringes. Spiel von wenigen Millimetern erforderlich, das durch die federnden Scheiben aufgenommen werden muß.

Bu-ispiel

trug, wobei die Enddichte des Matrixkorpers nach diesen zehn Zyklen 3,8 g pro cm^J betrug.

Der Veisuch wurde wiederholt mit der Abänderung, daß der Matrixkörper axial mit unter Federvorspannung stehenden Scheiben abgeschlossen wurde, wobei die Federn der Scheibe einen Weg in axialer Richtung von jeweils 4 mm ermöglichten. Nach zehn Zyklen ergab sich eine Aufweitung des Außenbehälters von 0%. die Enddichte des Preßlings betrug etwa 4 g pro cm³.

50

Es wurde ein Metallmatrixkörper mit einem Durchmesser von 24 mm durch Verpressen von 5% Aluminiumpulver mit 95% einer Speicherlegierung der Zusammensetzung TiVo,4Feo.iCro.o5Mnij hergestellt und in ein Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von 25,5 mm und einer Wandstärke von 0,75 mm eingepaßt. Dieses Rohr wurde dann in einem Stahlbehälter mit einem Innendurchmesser von 28,5 mm und einer Wandstärke von 0,75 mm konzentrisch montiert. Der Matrixkörper wurde mit zwei axialen Abschlußscheiben versehen, die bündig an dem Behälterboden aufsaßen, so daß der Matrixkörper in axialer Richtung kein Spiel zur Ausdehnung zur Verfugung hatte.

Der Matrixkörper wurde zehnmal be- und entladen und danach wurde die Aufweitung des Außenbehälters ermittelt. Es ergab sich, Jaß die Aufweitung des Außenbehälters nach diesen zehn Zyklen mehr als 2,5% be-Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserstoff speicher, bestehend aus einem dem Wasserstoffdruck standhaltenden Behälter, in dem das Wasserstoffspeichermaterial in einem zylindrischen mit Endplatten versehenen Hohlkörper angeordnet ist, der mit Abstand zur Behälterwand gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffspeichermaterial als Metall-Matrixkörper (4) und der Hohlkörper als wasserstoffundurchlässiges Rohr (3) ausgebildet sind und daß an den Stirnflächen des Matrixkörpers (4) innerhalb des Rohres (3) den Rohrquerschnitt ausfüllende scheibenförmige Endplatten (5,5') anliegen, die im Rohr (3) gegen einen Widerstand nach außen verschiebbar sind.

2. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeirhnet, daß das Rohr an seinen vom Matrixkörper aicht erfüllten Enden (9,9') konzentrisch zum Behälter (1) gelagert ist

3. Wasserstoffspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Endplatten (5,5') gegen eine Feder (6,6') verschiebbar sind.

4. Wasserstoffspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht