DE3337754A1

DE3337754A1 - Druckfester behaelter zur speicherung von wasserstoff in einem metallmatrixkoerper

Info

Publication number: DE3337754A1
Application number: DE19833337754
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: 1985-05-02
Also published as: DE3337754C2; GB8424735D0; GB2148477A; US4583638A; CA1225340A; GB2148477B

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 234/4

Stuttgart EPT Dr.Am-pfa

17.10.1983

Druckfester Behälter zur Speicherung

von Wasserstoff in einem Metallmatrixkörper

Gegenstand der Erfindung ist ein druckfester Behälter zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in Form von Metallhydriden, die in einem Metallmatrixkörper mechanisch festgelegt sind.

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. Diese Schwierigkeiten konnten zwar durch die Festlegung des Speichermaterials in Metallmatrixkörpern verringert werden, jedoch ist das Problem noch nicht völlig gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen druckfesten Behälter zur Speicherung von Wasserstoff in einem Metallmatrixkörper zu finden, der auch über viele Be- und Entladungszyklen nur eine geringe Aufweitung garantiert.

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Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen druckfesten Behälter gelöst.

Der Matrixkörper wird innerhalb des Behälters in einem Rohr angeordnet, dessen Außendurchmesser vor der Aktivierung geringer ist als der Innendurchmesser des druckfesten Behälters, wobei an den Stirnflächen des Matrixkörpers den Rohrquerschnitt ausfüllende Scheiben anliegen, die gegen einen Widerstand innerhalb des Rohres nach außen verschiebbar sind, d.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 Behälters muß so bemessen werden, daß die infolge der Aktivierung des Matrixkörpers durch Beladen mit Wasserstoff entstehende radiale Aufweitung des Rohres geringer oder höchstens gleich dieser Differenz ist. Die Aufweitung des Rohres hängt z.B. vom Durchmesser des Rohres sowie von der Natur 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 mit Abstand zur Behälterwand, insbesondere konzentrisch, zu haltern.

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Die an den Stirnflächen des Matrixkörpers anliegenden Scheiben sind 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 Scheibe kann an ihrer Außenseite mit einem kolbenförmigen Schaft versehen sein, der unter definierter Vorspannung, an der Innenwand des Behälters anliegt. Besonders günstig ist es, wenn der Widerstand durch eine Feder erzeugt wird.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung weiter erläutert.

Der druckfeste Stahlbehälter 1 ist mit einem Entnahmerohr 2 versehen. Innerhalb des Behälters 1 befindet sich der Matrixkörper 4, der aus einem Preßling aus der metallbildenden Legierung und Aluminium- oder Kupferpulver hergestellt sein kann. Der Preßling 4 befindet sich in der Hülle 3, die an ihren Enden mittels der Zentrierscheiben 9 und 9¹ mit Abstand zur Behälterwandung gehaltert ist. An den Stirnseiten des Preßlings 4 liegen unter Federvorspannung Scheiben 5 und 5' an, die den Preßling axial zusammendrücken. Die den Druck ausübenden Federn 6 und 6¹ stützen 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 Wasserstoffaufnähme und -abgabe ein zentrales

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Entnahmerohr 8 vorgesehen, das aus einem porösen, den Durchtritt von Wasserstoff erlaubenden Material besteht. Das Rohr 3 besteht aus einem hochfesten, dehnfähigen Material, das auch unter Druckwechselbeanspruchung wasserstoffbeständig ist. Bevorzugt wird als Material für das Rohr 3 Aluminium und seine Legierungen, insbesondere Aluminium-Silicium-Magnesium-Legierungen. Die Scheibe 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 Abschlußscheiben 5 und 5' wasserstoffdurchlässig 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 dem Matrixkörper möglich, in radialer Richtung sich -auszudehnen, ohne die Behälterwandung 1 zu weiten, während die Scheiben 5 die Ausdehnung des Matrixkörpers in axialer Richtung ermöglichen. Der Abstand zwischen Behälterwand und Rohr 5 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 5 so zu bemessen, daß sich das Rohr 5 bei seiner radialen Aufweitung gerade an die ßehälterwandung anlegt, wodurch auch ein guter Wärmeübergang von der Behälterwand auf den Matrixkörper gewährleistet wird. Zur besseren Übertragung der Wärme ■ "

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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 der 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 des Behälters erfolgt. Auch in axialer Richtung ist nur ein geringes Spiel von wenigen Millimetern erforderlich, das durch die federnden S'cheiben aufgenommen werden muß.

Beispiel
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Bs wurde ein Metallmatrixkörper mit einem Durchmesser von 24 mm durch Verpressen von 5% Aluminiumpulver mit 95°t einer Speicherlegierung der Zusammensetzung TiV_{Q 4}Fe_Q ^Cr₀ 05^Mni 5 hergestellt und in ein Alumini-

umrohr 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 0,7 5 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 Verfügung hatte.

Der Matrixkörper wurde zehnmal be- und entladen und da-

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nach wurde die Aufweitung des Außenbehälters ermittelt. Es ergab sich, daß die Aufweitung des Außenbehalters nach diesen zehn Zyklen mehr als 2,5% betrug, wobei die Enddichte des Matrixkörpers nach diesen zehn Zyklen 3,8g pro cm³ betrug.
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Der Versuch 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 um 0%, die Enddichte des Preßlings betrug etwa 4 g pro cm³.

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 15 234/4

Stuttgart EPT Dr.Am-pfa

17.10.1983

Patentansprüche

f1.J Druckfester Behälter zur Speicherung von Wasserstoff in einem Metallmatrixkörper,

dadurch gekennzeic hnet, daß der Matrixkörper innerhalb des Behälters in einem Rohr angeordnet ist, dessen Außendurchmesser vor der Aktivierung des Matrixkörpers geringer ist als der Innendurchmesser des Behälters und wobei an den Stirnflächen des Matrixkörpers den Rohrquerschnitt ausfüllende Scheiben anliegen, die gegen einen Widerstand innerhalb des Rohres nach außen verschiebbar sind.
2. Druckfester Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seinen vom Matrixkörper nicht erfüllten Enden innerhalb des Behälters mit Abstand zur Behälterwand gelagert ist.
3. Druckfester Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben gegen den Widerstand einer Feder

verschiebbar sind.
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a-

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4. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr eine Festigkeit von wenigstens 170 N/mm² besitzt. 10
5. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
6. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Rohr und Behälterwand mit einem gut wärmeleitenden, kompressiblen Material gefüllt ist.
7. Druckfester Behälter nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrixkörper mit einem zentralen Entnahmerohr versehen ist, das durch die Scheiben geführt ist.