DE3612781A1

DE3612781A1 - Waermetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender legierung

Info

Publication number: DE3612781A1
Application number: DE19863612781
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ishikawa; Keisuke Oguro; Hiroshi Suzuki; Akihiko Kato; Teruya Okada; Shizuo Sakamoto; Iwao Nishimura; Keizo Sakaguchi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-02-24
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-08-27
Also published as: JPS62196500A; US4819718A; JPH0444603B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender Legierung, die hauptsächlich aus Metallhydriden zusammengesetzt ist, und insbesondere auf eine Wärmetauscheinheit, deren Wärmetausch-Wirkungsgrad hoch ist und auch bei wiederholter Benutzung, wenn die Einheit in einen Wärmetauscher eingesetzt ist, nur schwierig auf schlechtere Werte gebracht werden kann.

Bislang sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, bei denen Wasserstoff an einem gewissen Metall oder einer Legierung adsorbiert wird, um darin gespeichert und davon in Form eines Metallhydrids transferiert zu werden, und diese Verfahren sind auch für praktische Anwendungen, wie z. B. die Reinigung von Wasserstoff, Druckerhöhung, für Wärmepumpen, Klimaanlagen usw. eingesetzt worden.

In diesen Fällen ist es, da eine exotherme oder endotherme Reaktion notwendigerweise abläuft, wenn das Metallhydrid absorbiert oder Wasserstoff abgibt, möglich, dieses Verhalten für einen Wärmetauscher, eine Wärmepumpe u. s. w. auszunutzen.

Wenn es ein bevorzugtes Ziel ist, Wasserstoff zu speichern und transferieren, wird die Lieferung von Wasserstoff nicht ohne eine rasche Entwicklung von Wärme zwischen dem Metallhydrid und der Außenwelt im Hinblick auf einen hohen thermischen Wirkungsgrad des Wärmetauschers oder eine wirksame Speicherung und Übertragung von Wasserstoff erfolgen.

Nun ist aber die thermische Leitfähigkeit einer wasserstoffadsorbierenden Legierung in Form von Partikeln nicht hoch, deswegen wurden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, um eine wirksame Wärmelieferung zu erreichen.

Nach einem von diesen vorgeschlagenen Ansätzen werden, um die wasserstoffadsorbierende Legierung selbst zu verbessern, die Oberflächen der Partikel mit einem unähnlichen Metall hoher thermischer Leitfähigkeit überzogen, wie später unter Bezug auf die Erfindung beschrieben wird.

Nach einem anderen Ansatz wird die Ausbildung der Wärmetauscheinheit verbessert, wobei eine wasserstoffadsorbierende Legierung in Form von Partikeln in so engem Kontakt wie möglich mit einem Wärmeübertragungselement gebracht wird. Beispielsweise ist, wie in Fig. 19 gezeigt ist, ein Wärmetauscher, bei dem eine für die Themperaturerhöhung vorgesehene Wärmepumpe mit einem Rohr versehen ist, das außenseitige Rippen als Wärmeübertragungselement aufweist, durch Solar Turbines Incorporated bekannt geworden. Vierzehn Kupferrohre 8 A sind in Rippen 9 A mit großem Durchmesser und einer Dicke von 0,02 Inch angeordnet, und Zwischenräume zwischen den Rippen und einem Intervall von 0,15 Inch (3,8 mm) sind mit einem Metallhydrid 6 A gefüllt. Fig. 20 zeigt einen anderen Wärmetauscher für eine Prototyp-Wärmepumpe, die von derselben Firma veröffentlicht wurde und bei der sechs radiale Rippen 9 B in einem Kupferrohr 8 A von 1 Inch (25,4 mm) Innendurchmesser angeordnet sind. Die Bezugsziffer 18 in Fig. 20 ist ein Filter. Diese beiden Zeichnungen sind auf den Seiten 67 und 72 von Metal Hydride/Chemical Heatpump Development Product, phase 1, Final Report, BNL-51539, publiziert von Brookhaven National Laboratory, abgebildet.

Ein weiterer, vorgeschlagener Ansatz ist die Verwendung des Formpressens. Fig. 21 zeigt einen Vorschlag, der schon von der Anmelderin gemacht wurde und in der US-Patentanmeldung Seriennummer 7 58 624 offenbart wurde, bei dem die Oberflächen der Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung mit einem unähnlichen Metall überzogen und in einen kompakten Körper 6 C geformt werden, dann werden Öffnungen in diesen Körper eingearbeitet, um durch ihn ein Wärmetauschrohr 8 C einsetzen zu können, die Enden dieses Rohres werden jeweils mit einem Lieferanschluß und einem Abführanschluß für ein heizendes oder kühlendes Medium verbunden. Eine Abwandlung dieses Vorschlages ist auch in der vorbenannten Anmeldung erläutert, bei ihm werden Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung, die durch galvanisches Überziehen mit einem unähnlichen Metall bedeckt sind, in ein poröses Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit infiltriert, dieses poröse Material wird in einen kompakten Körper durch Formpressen überführt.

Im Effekt wurden, um den thermischen Wirkungsgrad eines Wärmetauschers mit wasserstoffadsorbierender Legierung zu verbessern, Wege vorgeschlagen, um die wasserstoffadsorbierende Legierung selbst zu verbessern und um die Kontaktflächen zwischen den Legierungspartikeln und den wärmeübertragenden Oberflächen so groß wie möglich zu machen (durch Solar Turbines Incorporated), und ein Verfahren vorgeschlagen, um den kompakten Zustand einer wasserstoffadsorbierenden Legierung durch Formpressen (z. B. poröse Metallmatrixhydride) zu verbessern, wie von Prof. Ron (Technion) vorgeschlagen und durch den Anmelder weiter verbessert wurde.

Die vorgenannten Vorschläge haben jedoch jeweils Probleme, die gelöst werden müssen.

Bei dem ersten Weg einer Verbesserung der wasserstoffadsorbierenden Legierung selbst zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit gibt es eine Grenze in der Entfernung, innerhalb der Wärme von einer Wärmeübertragungsoberfläche transferiert werden kann, da die thermische Leitfähigkeit im wesentlichen gering ist, wenn die Legierung in Form von Partikeln vorliegt. Aus dem selben Grunde wird eine ausreichende Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit nicht erreicht, auch wenn eine Vielzahl von Rippen dicht für eine schnelle Abfuhr der Wärme in dem zweiten Ansatz zur Vergrößerung der Kontaktfläche vorgesehen werden.

In diesem Zusammenhang ist normalerweise ein Filter vorgesehen, das die Legierung von der Außenwelt abschirmt, um zu vermeiden, daß die Legierungspartikel aufschwemmen und nach außen gelangen. Da aber die wirksame spezifische Dichte der Legierung klein ist und keine Bindungskraft zwischen den Partikeln existiert, wenn die Legierung im Partikelzustand ist, bringt eine solche Abschirmung keinen stabilen Halt der Legierung. Wenn die wasserstoffadsorbierende Legierung wiederholt benutzt wird, können freie Partikel, die weiter zerkleinert und aufgebrochen wurden durch wiederholtes Zusammenziehen und Ausdehnen, ihren Ort verlassen und nach außen gelangen. Auf diese Weise wird, wenn viele Rippen dicht gepackt vorgesehen sind, um die wärmeübertragende Fläche zu vergrößern, die thermische Leitfähigkeit eher verringert als überhaupt verbessert.

Bei dem dritten Ansatz eines Formens der Teilchen zu einem kompakten Körper, wird die thermische Leitfähigkeit in der Tat erheblich verbessert, vergleicht man mit dem Zustand von Partikeln oder Pulver, jedoch existiert ein Problem, wie man einen engen Kontakt zwischen einem Wärmeübertragungselement und einer kompakten, wasserstoffadsorbierenden Legierung herstellen kann, ohne daß wärmeisolierende Grenzen verbleiben. Beispielsweise ist es im Fall der Anordnung einer Wärmetauscheinheit durch Ausbilden eines kompakten Körpers der Legierung (der durch Formpressen gebildet ist), wie dies in Fig. 21 gezeigt ist und Einsetzen von mehreren Wärmeübertragungsrohren (Kupferrohren) durch diesen kompakten Körper hindurch notwendig, Durchgangslöcher für das Einsetzen der Wärmeübertragungsrohre vorzusehen. Derartige Löcher können direkt im kompakten Körper nach dem Formpressen ausgebildet werden. Es ist auch möglich, zuvor eine Form auszubilden, die für die Ausbildung derartiger Lösung geeignet ist. In jedem Fall ist aber ein Freiraum zwischen dem kompakten Körper und dem Wärmeübertragungsrohr notwendig, weil es ohne einen derartigen Freiraum unmöglich ist, eine Wärmetauscheinheit durch Einsetzen von Rohren aufzubauen.

Es ist daher ein wesentliches Erfordernis für die vorbekannten Vorrichtungen, diesen Freiraum vorzusehen, er beeinflußt aber die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeübertragungselement und dem kompakten Körper aus wasserstoffadsorbierender Legierung negativ.

Demzufolge ist es die letztendliche Aufgabe der Erfindung, eine neue Wärmetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender Legierung vorzuschlagen, bei der die thermische Leitfähigkeit über eine lange Benutzungszeitdauer hoch bleibt.

Um dies zu erreichen, ist es ein erstes Ziel der Erfindung, eine Verschlechterung der Oberflächenstabilität des kompakten Körpers aufgrund von teilweisem Aufbruch und von Zerkleinerung zu vermeiden, was zu einer unregulären Oberfläche führt, wenn ein Loch durch den kompakten Körper ausgeführt wird, um ein Wärmeübertragungselement einzusetzen oder wenn ein Rohr durch das Loch tatsächlich eingeführt wird.

Es ist ein zweites Ziel der Erfindung, einen Freiraum zwischen allen Oberflächen des kompakten Körpers und dem Wärmeübertragungselement zu vermeiden, also eine solide Wärmeübertragung hierzwischen zu erzielen, so daß der Kollaps und die Zerkleinerung des kompakten Körpers, die von einem derartigen Freiraum aufgrund wiederholter Ausdehnung und Zusammenziehung ausgeht, erfolgreich unterbunden werden kann.

Es ist ein drittes Ziel der Erfindung, verschiedene Ausbildungen von Wärmetauscheinheiten in einem relativ einfach durchzuführenden Verfahren anzugeben, die nach dem Stand der Technik schwierig zu fertigen waren. Tatsächlich wird ein sehr schwieriges Verfahren benötigt, wenn Rippen in den kompakten Körper eingepaßt werden sollen, und es gibt Anwendungsfälle, bei denen ihr Einsetzen praktisch unmöglich ist. Beispielsweise für den Fall einer Anordnung, bei der der Außenmantel eines zylindrischen Rohres mit konzentrischen, schraubenförmigen Rippen versehen ist, ist es ziemlich schwierig, den kompakten Körper zwischen den Rippen vorzusehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe und die genannten Ziele werden gelöst durch eine Wärmetauscheinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Verschiedene Abwandlungen des genannten rohrförmigen Wärmeübertragungselementes können unter der Bedingung erreicht werden, daß ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit benutzt wird. Diese Abwandlungen können ein gerades Rohr, ein gerades, gewelltes Rohr, ein gebogenes Rohr, ein gekrümmtes, gewelltes Rohr, eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohren und/ oder gebogenen Rohren, eine Kombination einer Vielzahl von geraden und/oder gekrümmten, gewellten Rohren und eine Struktur mit einer Vielzahl von Rippen sein, die entweder radial an der Außen- oder Innenwand der jeweiligen Rohre vorstehen oder einen rechten Winkel mit der Achse des Rohres einschließen.

Die Funktion der Erfindung in Verbindung mit der Anordnung ist wie folgt:

Zunächst wird der elastische, zylindrische Formkern, der einen kleineren Durchmesser hat als der Außendurchmesser des rohrförmigen Wärmeübertragungselements beträgt, in das Wärmeübertragungselement eingesetzt, ein Ende des Wärmeübertragungselementes wird durch eine Kappe geschlossen, das Wärmeübertragunnselement wird mit Partikeln der Legierung gefüllt. Nach dem Füllen des Elements mit Partikeln wird das andere Ende mit der anderen Kappe verschlossen, um die Partikel einzuschließen. Hierbei stehen beide Endbereiche des Formkerns beidendig gegenüber einem geschlossenen Teil vor, daß durch die Kappen und das Wärmeübertragungselement gebildet ist. Da sowohl beide Kappen als auch der Formkern, der durch die Kappen hindurchläuft, aus einem elastischen Material gefertigt sind, wird erfolgreich ein dicht abgeschlossener Zustand erreicht, wobei die Elastizität eine gegenseitige, feste Anlage ermöglicht.

Unter Aufrechterhaltung des vorgenannten Zustandes werden das Element, das aus dem Wärmeübertragungselement, den Kappen, dem Formkern und den Partikeln einer wasserstoffadsorbierenden Legierung gebildet ist, in ein Druckgefäß gebracht, und es wird entweder ein Flüssigkeitsdruck oder ein Gasdruck gleichmäßig auf den gesamten Bereich sowohl der Innenwand des Formkerns als auch der Außenwand des Wärmeübertragungselements ausgeübt. Da sowohl der Formkern als auch die Kappen elastisch sind, werden die Kappen gleichmäßig zusammengedrückt und der Formkern wird gleichförmig expandiert durch den Druck der als Medium benutzten Flüssigkeit, wobei gegebenenfalls und vorzugsweise die innen befindliche wasserstoffadsorbierende Legierung gepreßt wird. Da der gleichförmige Druck auch auf das rohrförmige Wärmeübertragungselement von außen wirkt, hebt sich der Druck im Bereich des Rohres auf, und die innen befindliche, wasserstoffadsorbierende Legierung wird gleichmäßig zusammengepreßt. Als Ergebnis wird die wasserstoffadsorbierende Legierung in Form von kleinen Partikeln einer akuraten und gleichmäßigen Formgebung unterworfen.

Die oben beschriebene Funktion wird ebenso durch die Lehren der Ansprüche 3 bis 13 erreicht, wenn ein geschlossenes Teil verwendet wird, das der jeweiligen Ausführung des Wärmeübertragungselements angepaßt ist. Die Funktion bleibt ungeändert, wenn ein rohrförmiges Wärmeübertragungselement mit oder ohne Rippen an der Innenwand oder der Außenwand versehen ist oder wenn ein einzelnes Element oder eine Vielzahl von Elementen eingesetzt werden, sofern nur das geschlossene Teil dem Wärmeübertragungselement angepaßt ist.

Erfindungsgemäß werden also das Wärmeübertragungselement und die Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung fest und gleichmäßig gepreßt und zu einer Einheit geformt, jedes Element ist perfekt mit dem anderen ohne Freiraum verbunden und es treten keine isolierenden Grenzflächen auf, die die Wärmeübertragung negativ beeinflussen könnten.

Weiterhin, wenn eine derartige Wärmetauscheinheit in einen Wärmetauscher eingesetzt wird, ist sie vor einem Zerkleinern, Aufbrechen usw. während des Aufbaus gesichert, die Oberflächenstabilität der Legierung bleibt gut erhalten. Demzufolge wird eine Zerstäubung oder ein Kollaps der kompakten Legierung der Einheit mit Sicherheit während der Benutzung des Wärmetauschers verringert. Zusätzlich besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Gestalt der Einheit, sofern nur ein zylindrisches Wärmeübertragungselement eingesetzt wird, verschiedene Abwandlungen können gewählt werden, wie oben erwähnt wurde.

Neben den genannten Vorteilen ist zu bemerken, daß beim Formpressen der Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung durch eine hydraulische Presse entsprechend der Erfindung ein Druck von 1,5 bis 2,0 t/cm² ausreichend ist, während 5 t/cm² unter einer konventionellen Einwegepresse benötigt werden. Dieser Vorteil wird erreicht, weil die Anwendung eines gleichförmigen Drucks auch vom Hohlbereich des Formkerns her wirkt, obwohl eine Presse mit einheitlichem Druck selbst bekannt ist in ihrer Anwendung für das Formpressen von Partikeln.

Da weiterhin die Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung in das Wärmeübertragungselement eingebracht und fest mit diesen zu einer Einheit verpreßt sind, hat die Einheit eine dauerhafte, äußere Hülle, die die innenliegende Legierung gegen Bruch und Beschädigung schützt. Diese äußere Umhüllung zeigt auch eine exzellente Verbindungskraft, die dem Zusammenziehen und der Ausdehnung der Legierung entgegenwirkt und dabei die Zerkleinerung und den Kollaps der Legierung verhindert.

Es soll erwähnt werden, daß das Wärmeübertragungselement als eine Art Außenform für den kompakten Körper aus der Legierung dient, dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Einheit und den benötigten Druck, da aufgrund der Anordnung ein relativ geringer Pressdruck für das Formpressen im Vergleich zu einem Pressen in einer anderen Form ausreicht. In anderen Worten ist es möglich, eine feste Einheit zu erhalten, die größer ist als eine solche Einheit, die durch Verwendung einer Außenform unter derselben Presse erreicht wird.

Wenn eine derartige Wärmetauscheinheit nach der Erfindung in einen Wärmetauscher eingesetzt wird, wird das axiale Loch, das im kompakten Körper der Legierung auftritt, wenn der Formkern herausgezogen wird, als ein Einlaß und ein Auslaß für Wasserstoff verwendet. Das Wärmeübertragungselement bewirkt eine Wärmeabgabe, wenn seine Außenwand von einem heizenden oder kühlenden Medium umgeben ist. Demzufolge ist es nicht notwendig, daß sich die ganze Vorrichtung in einem Druckgefäß befindet, vielmehr ist eine einfache Anordnung, in der ein Wärmeübertragungsrohr in einem wasserdichten Gefäß angeordnet ist und Einlaß und Auslaß mit dem axialen Durchgangsloch der Einheit, das an beiden Enden des Wärmeübertragungsrohres offen ist, verbunden sind, ausreichend für eine effektive Wärmeentwicklung. Im Effekt werden eine einfache Struktur und eine einfache Wartung durch die Erfindung sichergestellt.

Weitere Eigenschaften der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, in dieser zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schnittbildliche, perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein perspektivisches Montagebild mit einem geschlossenen Teil und einem Wärmeübertragungselement,

Fig. 3 ein Axialschnittbild im zusammengebauten Zustand,

Fig. 4 bis 16 teilweise schnittbildlich ausgeführte Perspektivdarstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele

Fig. 17 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung, um zeigen zu können, wie der quantitative Effekt nach der Erfindung gemessen wird,

Fig. 18 ein Schaubild der Temperatur über der Zeit, um ein Beispiel für diesen Effekt zu zeigen und

Fig. 19 bis 21 perspektivische Darstellungen von Anordnungen nach dem Stand der Technik.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen die im Anspruch beanspruchte Ausbildung, wie Fig. 3 erkennen läßt, hat ein rohrförmiges Wärmeübertragungselement 1 ein Wärmeübertragungsrohr 7 und Rippen 8, die aus einem wärmeleitenden Kupfer oder Aluminium hergestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Wärmeübertragungsrohr 7 einen Außendurchmesser von 25 mm und 1 mm Wandstärke, die Rippen 8 A haben eine Dicke von 0,5 mm, eine Höhe von 3 mm und sind in Intervallen von 5 mm am Innenmantel des Rohrstücks nach innen gerichtet. Dieses Ausführungsbeispiel schließt auch jegliche Abwandlung ein, die entweder mit inneren Rippen 8 A, äußeren Rippen 8 B oder mit beiden von ihnen ausgerüstet sind. In jedem Ausführungsbeispiel wird ein Rohr mit Rippen, die konzentrisch aufgewickelt sind und einen rechten Winkel mit der Achse des Rohrs einschließen, verwendet.

Sowohl ein Formkern 2 als auch Kappen 3, 5 sind aus einem weichen, synthetischen Gummi gefertigt, der Formkern hat eine Dicke von 1,5 mm und 3 mm Innendurchmesser seines Hohlbereichs. Jede Kappe hat 10 mm Dicke. Da sowohl der Formkern als auch die Kappen elastisch sind, werden sie ein wenig durch die gegenseitigen Passkräfte verformt und passen eng an ihren Grenzflächen, die gegeneinander pressend anliegen, zusammen.

Zunächst wird die Kappe 3 auf das Wärmeübertragungsrohr 7 aufgebracht, der Formkern 2 wird in das Rohr eingesetzt und ein Ende des Formkerns wird nach außen genommen und durch die Kappe 3 hindurchgeführt.

Dann wird der Zwischenraum zwischen dem Formkern 2 und dem Wärmeübertragungsrohr 7 mit feinen Partikeln (Pulver) einer wasserstoffadsorbierenden Legierung gefüllt. Es ist gewöhnlich einfach, diese feinen Partikel einzufüllen, wenn sie trocken sind. Um die Räume zwischen den Rippen mit Partikeln auszufüllen, ist es vorteilhaft, Vibrationen oder Bewegungen auf das Wärmeübertragungsrohr, wenn es notwendig ist, auszuüben.

Die verwendete, wasserstoffadsorbierende Legierung muß nicht notwendigerweise spezifiziert werden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aber, um die vorgenannten Ziele so effektiv wie möglich zu erreichen, eine frühere Erfindung mit der Bezeichnung "Verfahren zur Herstellung von wasserstoffadsorbierendem Legierungsmaterial", die von einem Teil der Anmelder angemeldet wurde und als japanische Offenlegungsschrift 56-46 161 zugänglich ist, angewandt, wie im folgenden beschrieben wird.

Zunächst wird ein Mm Ni_4,5 Mn_0,5 in ein pulverförmiges Material aus feinen Partikeln überführt, bei dem die durchschnittliche Korngröße etwa 15 µm beträgt, indem wiederholt Wasserstoff adsorbiert und abgeführt wird. Dann, nach Entfetten und Reinigen, wird das pulverförmige Material mittels eines nassen, elektrodenfreien Galvanisierens unter Autokatalyse und Verwendung eines Reduzierers mit Kupfer überzogen. Bei diesem Verfahren wird das pulverförmige Material direkt in die galvanisierende Lösung für eine Oberflächenreaktion eingetaucht, wenn aber die anfängliche Reaktion unzureichend ist, wird das pulverförmige Material in eine bekannte Aktivatorlösung gegeben, die ein Palladiumsalz für eine Aktivierungsbehandlung enthält.

Bei diesem autokatalytischen, elektrodenfreien Überziehen mit Kupfer unter Verwendung eines Reduzierers wird Formaldehyd als Reduzierer benutzt und ein Überzugsfilm von etwa 1 µm Dicke durch den Galvanisierprozeß bei ungefähr 40 Minuten und 30°C unter Rühren einer stromlosen Galvanisierungslösung aus TMP chemischem Kupfer ¢500 (hergestellt von Okuno Chemical Industries Co., Ltd.), erreicht. Nach dieser Oberflächenreaktion werden die feinen Partikel in Wasser gewaschen und bei geringer Temperatur getrocknet.

Nach Auffüllen mit feinen Partikeln wird die Kappe 5 an das Wärmeübertragungselement gesetzt und eine perfekte Abdichtung aufgrund ihrer Elastizität erreicht.

Danach wird auf dieses geschlossene (dichtende) Teil ein Druck ausgeübt, wobei ein Fluid als Medium benutzt wird. Bei diesem Schritt wird ein gewisses Erfahrungswissen benötigt, um zu vermeiden, daß das Medium in das geschlossene Teil eindringt und mit der darin befindlichen, wasserstoffadsorbierenden Legierung in Kontakt kommt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird, wie Fig. 3 zeigt, ein zylindrischer Film 9 aus einem flexiblen, dünnen und weichen Gummi über das gesamte geschlossene Teil so aufgebracht, daß er es umschließt. Dann wird ein Ende des zylindrischen Films gefaltet und in den Formkern von einer Seite eingeführt und am anderen Ende wieder herausgezogen, wobei es durch eine Vakuumpumpe angesaugt wird. Das herausgenommene Ende wird durch die Vakuumpumpe weitergezogen, um dem umhüllenden Film 9 eine Spannung zu verleihen, der am anderen Endbereich überlappt und mit dem anderen Endbereich verbunden ist. Hierbei wird eine dichte Passung zwischen dem Film und dem geschlossenen Teil erreicht. Es ist jedoch möglich, einen direkten Kontakt zwischen dem Fluid und der wasserstoffadsorbierenden Legierung durch ein anderes Verfahren auszuschließen.

Das mit dem Film 9 überzogene, geschlossene Teil wird in einen Halter 10 gesetzt und mit diesem in ein Druckgefäß 6 mit gleichförmigem Druck hineingebracht, wie Fig. 1 zeigt. Wenn die Vorbereitungen für das Pressen abgeschlossen sind, wird ein Kappenteil 11 aufgesetzt und ein Haltestift 12 in ein Loch 13 eingesetzt, das seitlich am Kappenteil 11 vorgesehen ist.

Beim Pressen mit einer gleichförmigen Presse wird nach diesem Ausführungsbeispiel ein notwendiger Luftdruck von einem separaten Kompressor 14 geliefert und ein Wasserdruck durch Betreiben einer Wasserpumpe 15 mit diesem Luftdruck erzeugt. Der Druck wird dem Druckgefäß durch eine Druckzuführung 16 am unteren Teil des Druckgefäßes zugeleitet. Da das als Druckmedium benutzte Wasser durch die Wasserpumpe 15 hindurchläuft, ist es vorteilhaft, einen Emulgator zum Emulgieren des Wassers im Hinblick auf Schmieren und Rostverhinderung beizufügen. Um einen festen und dichtgepackten, kompakten Körper zu erreichen, ist die Anwendung von ungefähr 1,5 bis 2,0 t/cm² statischen Drucks auf die Formoberfläche ausreichend.

Beim Herausziehen des Formkerns 2 nach dem Pressformen und Trocknen wird ein Axialloch 17 frei.

Die Fig. 4 bis 16 zeigen verschiedene Modifikationen von Kombinationen zwischen der wasserstoffadsorbierenden Legierung und dem Wärmeübertragungselement 1 (d. h. dem Wärmeübertragungsrohr 7 mit Rippen 8), die kompakt ausgebildet sind. Fig. 4 zeigt, daß das Wärmeübertragungsrohr ein gerades Rohr (entsprechend Anspruch 2) aufweist, Fig. 5 zeigt ein Wärmeübertragungsrohr in Form eines geraden, gewellten Rohres (entsprechend Anspruch 3), Fig. 6 zeigt ein Rohr in Form eines geraden Rohres und radiale Rippen (entsprechend Anspruch 4), Fig. 7 zeigt ein Rohr in Form eines geraden Rohres und Rippen, die einen rechten Winkel zur Rohrachse einschließen (entsprechend Anspruch 5), Fig. 8 zeigt ein Rohr in gekrümmter, gebogener Form (entsprechend Anspruch 6), Fig. 9 zeigt ein Rohr in Form eines gekrümmten, gewellten Rohres (entsprechend Anspruch 7), Fig. 10 zeigt ein gebogenes Rohr und radiale Rippen (entsprechend Anspruch 8), Fig. 11 zeigt ein Rohr in Form eines gebogenes Rohres und Rippen, die einen rechten Winkel mit der Rohrachse einschließen (entsprechend Anspruch 9), Fig. 12 und 13 zeigen Rohre, die eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohren und/oder gebogenen Rohren ist (entsprechend Anspruch 10), Fig. 14 zeigt ein Rohr, das eine Kombination einer Vielzahl von geraden, gewellten Rohren entspricht (entsprechend Anspruch 11), Fig. 15 zeigt ein Rohr in Form einer Kombination einer Vielzahl von geraden Rohren, ein gebogenes Rohr und radiale Rippen, die an den Rohren vorgesehen sind (entsprechend Anspruch 12) und Fig. 16 zeigt ein Rohr in Form einer Kombination einer Vielzahl von geraden Rohren und Rippen, die einen rechten Winkel mit der Rohrachse einschließen (entsprechend Anspruch 13). Was die Rippen, die einen rechten Winkel mit der Rohrachse einschließen, betrifft, so können sie als rechteckförmige Rippen, schraubenlinienförmig kontinuierlich am Innenmantel und/oder am Außenmantel des Rohres aufgebrachte Rippen usw. zusätzlich zu den scheibenförmigen Rippen, wie sie in den Fig. 11 und 16 gezeigt sind, ausgebildet sein.

Als ein spezieller Effekt bei den Ausführungsbeispielen entsprechend den Ansprüchen 3, 7 und 11 werden Irregularitäten an der Kontaktoberfläche zwischen der Innenwand des Wärmeübertragungsrohres und der wasserstoffadsorbierenden Legierung ausgebildet, die die Anlage und die enge Passung zwischen ihnen verbessern.

Im folgenden wird der Wärmeübertragungseffekt beschrieben, der erfindungsgemäß erreicht wird und durch quantitative Messungen verschiedener Ausführungsbeispiele bestimmt wurde.

Die durchgemessenen Ausführungsbeispiele haben ein Kupferrohr mit 0,5 mm Wanddicke und 16 mm Außendurchmesser, Kupferrippen von 0,5 mm Dicke und 35 mm (?) Außendurchmesser, die im Abstand von 5 mm am Innenmantel des Rohres angelötet sind, und eine wasserstoffadsorbierende Legierung. Die genannten Elemente sind zu einer Einheit geformt. Bei diesem Prozeß wird der Innendurchmesser des axialen Lochs eingestellt durch Kontrolle des wirkenden Drucks. Die Oberflächen feiner Partikel einer wasserstoffadsorbierenden Legierung aus La Ni_4,5 Al_0,5 sind mit Kupfer bei stromlosem Galvanisieren unter Verwendung eines Reduzierers überzogen.

Hierdurch wird ein kombiniertes Material, in dem die wasserstoffadsorbierende Legierung und das Kupfer in einem Verhältnis von 100 zu 20 enthalten sind, erhalten. Dieses Material wird in drei Ausführungsbeispielen durch eine Presse mit gleichmäßigem Pressdruck mit Wasser als Medium und unter Anwendung von Drücken von 1,0 t/cm² (Beispiel 1), 1,5 t/cm² (Beispiel 2) und 2,0 t/cm² (Beispiel 3) jeweils auf das Material geformt. Die inneren Durchmesser des Axialloches in diesen Beispielen sind jeweils 6,6 mm, 9,0 mm und 9,6 mm.

Andererseits wird ein Rohr mit Rippen mit feinen Partikeln von wasserstoffadsorbierender Legierung gefüllt, deren Oberflächen nicht überzogen sind, es wird als Referenz 1 in einer Einheit geformt.

Dann werden feine Partikel von wasserstoffadsorbierender Legierung, deren Oberflächen mit Kupfer in derselben Weise wie die Ausführungsbeispiele überzogen wurde, in pflannkuchenförmige Pellets von 22 mm Außendurchmesser, 9 mm Innendurchmesser und 10 mm durchschnittliche Dicke durch Aufbringen eines Drucks von 5 t/cm² in einer Richtung durch eine hydraulische Einwegepresse geformt, indem diese Pellets fest anliegend in das Rohr eingefüllt werden, wird die Referenz 2 mit ähnlichem Aussehen wie die Beispiele erhalten.

Die auf diese Weise erhaltenen Beispiele und Referenzen sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt:

TABELLE 1

Die Messungen der Beispiele und Referenzen erfolgt mit einem Wärmeübertragungsrohr, das mit beiden Enden, die durch Kappen verschlossen waren, nach außen vorstand, wie in Fig. 17 gezeigt ist, ein Alumel-Chromel Thermoelement wurde in die Mitte des axialen Langlochs (d. h. in einem Meßpunkt M) angeordnet. Die Einheit ist in einem Zylinder von 45 mm Innendurchmesser untergebracht, der wasserdicht ist, ein Einlaß und ein Auslaß für heißes Wasser sind an der Frontseite und der rückwärtigen Seite (durch Pfeile angedeutet) des Zylinders vorgesehen. Heißes Wasser von 65°C fließt durch Einlaß ein und durch Auslaß ab. Fig. 18 zeigt die mit dem Thermoelement gemessenen Temperaturkurven in Abhängigkeit von der Zeit.

Als Ergebnis der Messung wurde gefunden, daß ein beträchtlicher Unterschied in der Anstiegszeit, insbesondere im Bereich von ein bis zwei Minuten, auftritt, hieraus wird ein rascher Wärmeübergang ersichtlich, wenn die Wärmetauscheinheit in einen Wärmetauscher eingesetzt wird.

Während die oben genannten Ausführungsbeispiele vorzugsweise Ausführungen der Erfindung beschreiben, ist anzumerken, das Modifikationen von Fachleuten durchgeführt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen. Der Bereich dieser Erfindung ist daher vorzugsweise von den angefügten Patentansprüchen bestimmt.

Claims

1. Wärmetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Wärmeübertragungselement (1) vorgesehen ist, in dessen axialem Zentrum ein elastischer, hohler, zylindrischer Formkern (2) mit einem Außendurchmesser, der geringer ist als der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements (1) eingesetzt ist, daß feine Partikel einer wasserstoffadsorbierenden Legierung (4) eingebracht sind zwischen der Innenwand des Wärmeübertragungselements (1) und dem Außendurchmesser des Formkerns (2), daß beide Enden des Wärmeübertragungselements (1) durch dicht anliegende, elastische Kappen (3, 5) verschlossen sind, und daß das den Formkern (2) enthaltende Wärmeübertragungselement (1) und die feinen Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung (4) fest zu einer Einheit formgepreßt sind, indem ein gleichmäßiger Druck einheitlich auf die Innenwand des Formkerns (2) und die Außenwand des Wärmeübertragungselements (1) augebracht wird.

2. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein thermisch leitfähiges, gerades Rohrstück ist.

3. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein wärmeleitendes, gerades, durch Schmieden hergestelltes, gewelltes Rohrstück ist.

4. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein wärmeleitendes, gerades Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen (8) aufweist, die radial am äußeren und/oder inneren Mantel des Rohrstücks angeordnet sind.

5. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein wärmeleitendes, gerades Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen (8) aufweist, die am Innenmantel und/oder am Außenmantel des Rohrstücks angeordnet sind und einen rechten Winkel mit der Achse des Rohrstücks einschließen.

6. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein gebogenes Rohrstück ist.

7. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein gebogenes, gewelltes, durch Schmieden hergestelltes Rohrstück ist.

8. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein wärmeleitendes, gebogenes Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen aufweist, die radial am Innenmantel und/oder am Außenmantel des Rohrstücks angeordnet sind.

9. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) ein wärmeleitendes, gebogenes Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen (8) aufweist, die am Innenmantel und/oder am Außenmantel des Rohrstücks angeordnet sind und einen rechten Winkel mit der Rohrachse einschließen.

10. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken ist.

11. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen, gewellten, durch Schmieden hergestellten Rohrstücken ist.

12. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken mit einer Vielzahl von Rippen (8) ist, die radial am Innenmantel und/oder am Außenmantel der entsprechenden Rohrstücke angeordnet sind.

13. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (1) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken mit einer Vielzahl von Rippen (8) ist, die an den Innenmänteln und/oder den Außenmänteln der entsprechenden Rohrstücke angeordnet sind und einen rechten Winkel mit den Achsen der Rohrstücke einschließen.