DE3612781A1 - Waermetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender legierung - Google Patents
Waermetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender legierungInfo
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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 Ni4,5 Mn0,5 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 Ni4,5 Al0,5
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:
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 (13)
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.
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