DE3612760A1 - Waermetauscheinheit mit wasserstoffadsorbierender legierung - Google Patents

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, nämlich, 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 wasserstoffabsorbierende 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 vorgesehenen 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 Löcher 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 Rohren sein, die entweder radial an der Außenwand der jeweiligen Rohre vorstehen oder einen rechten Winkel mit der Achse des Rohres einschließen.

Die Funktion der Erfindung in Verbindung mit der Anordnung ist die folgende:

Die elastische, geschlossene Form hat einen zylindrischen Körper, ein Oberteil und ein Unterteil, die beide benutzt werden, um das obere und untere Ende des zylindrischen Körpers abzuschließen. Zunächst wird das Unterteil am unteren Ende des zylindrischen Körpers angesetzt und es wird ein Wärmeübertragungselement in den zylindrischen Körper durch ein Loch in der Mitte des Unterteils eingesetzt.

Die Partikel einer wasserstoffadsorbierenden Legierung werden zwischen dem zylindrischen Körper und dem Wärmeübertragungselement angeordnet, wenn dieser Zwischenraum mit der Legierung gefüllt ist, wird das Wärmeübertragungselement durch ein Loch in der Mitte des Oberteils hindurchgeführt, dann wird das Oberteil auf den zylindrischen Körper gebracht. Da der zylindrische Körper, das Oberteil und das Unterteil alle aus elastischem Material sind, wird ein geschlossener Zustand erfolgreich aufgrund der Elastizität erreicht, die eine gegenseitige Festigkeit ermöglicht.

Unter Aufrechterhaltung des vorgenannten Zustandes werden die Elemente in ein Druckgefäß gebracht, und es wird entweder ein Flüssigkeitsdruck oder ein Gasdruck gleichmäßig auf den gesamten Teil der Außenwand der Form und auf die Innenwand des Wärmeübertragungselements ausgeübt. Da die Form elastisch ist, wird das gesamte Teil gleichmäßig zusammengepreßt durch den Flüssigkeitsdruck und dieser Druck wird auf die innenseitige, wasserstoffadsorbierende Legierung übertragen. Da der gleichförmige Druck auch auf die Innenseite des rohrförmigen Wärmeübertragungselements wirkt, kommt ein Gegendruck zustande, die im Inneren 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 eine geschlossene Form benutzt wird, die der jeweiligen Ausführung des Wärmeübertragungselements angepaßt ist. Die Funktion bleibt ungeändert, wenn ein rohrförmiges Wärmeübertragungselement mit oder ohne Rippen an seinem Außenmantel versehen ist oder wenn ein einzelnes Element oder eine Vielzahl von Elementen eingesetzt wird, wenn nur die geschlossene Form 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 gibt keine isolierenden Grenzflächen, die die Wärmeübertragung negativ beeinflussen.

Wenn eine derartige Wärmetauscheinheit weiterhin in einen Wärmetauscher eingesetzt wird, ist sie vor einem Zerkleinern, Aufbrechen usw. während der Montage gesichert, die Oberflächenstabilität der Legierung wird nicht verschlechtert. Demzufolge wird eine Zerkleinerung oder ein Aufbrechen der kompakten Legierung der Einheit mit Sicherheit während der Benutzung des Wärmetauschers verringert.

Zusätzlich besteht keine Einschränkung der Formgebung der Einheit, solange ein zylindrisches Wärmeübertragungselement eingesetzt wird und verschiedene Abwandlungen, wie oben erwähnt, können durchgeführt werden.

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 einer geschlossenen Form und einem Wärmeübertragungselement,

Fig. 3 ein Axialschnittbild im zusammengebauten Zustand,

Fig. 4 bis 16 teilweise schnittbildlich ausgeführte Perspektivdarstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele,

Fig. 17 ein Axialschnitt durch eine Vorrichtung, um zeigen zu können, wie der quantitative Effekt nach der Erfindung gemessen werden kann,

Fig. 18 ein Schaubild zwischen Zeit und Temperatur, 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 5 beanspruchte Ausbildung. Wie Fig. 2 erkennen läßt, hat eine geschlossene Form 1 einen zylindrischen Körper 2, ein Oberteil 3 und ein Unterteil 4, die alle aus einem weichen, synthetischen Gummi gefertigt sind. Die Wanddicke der Form ist 7 mm.

Zunächst wird das Unterteil 4 an den unteren Bereich des zylindrischen Körpers 2 angesetzt, ein Wärmeübertragungselement 5 wird in den zylindrischen Körper 2 durch ein Loch im Unterteil eingesetzt. Das Wärmeübertragungselement 5 nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wärmeübertragungsrohr 8 mit Rippen 9. Das Wärmeübertragungsrohr 8 hat eine hohe thermische Leitfähigkeit und ist aus Kupfer oder Aluminium. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser 16 mm, die Wandstärke 0,5 mm, das Rohr 8 wird von konzentrischen Rippen 9 mit 0,5 mm Stärke und 35 mm Außendurchmesser in Intervallen von 5 mm umgeben. Anders ausgedrückt wird ein Rohr mit angelöteten Rippen in diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Der Innendurchmesser des zylindrischen Körpers 2 ist etwas größer als die Außenkanten der Rippen. Da sowohl der zylindrische Körper 2 und das Unterteil 4 elastisch sind, werden sie geringfügig durch die gegenseitigen Paßkräfte verformt und fest an ihren Grenzflächen zusammengesetzt, wobei diese gegeneinander drücken.

Danach wird der Zwischenraum zwischen dem zylindrischen Körper 2 und dem Wärmeübertragungsrohr 8 mit feinen Partikeln (Pulver) einer wasserstoffadsorbierenden Legierung gefüllt. Es ist allgemein 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 den zylindrischen Körper 2 auszuüben, wenn es notwendig ist. Die verwendete wasserstoffadsorbierende Legierung muß nicht notwendigerweise spezifiziert werden, aber in diesem Ausführungsbeispiel, und um die vorgenannten Ziele so effektiv wie möglich zu erreichen, wird eine frühere Erfindung mit der Bezeichnung "Verfahren zur Herstellung von wasserstoffadsorbierendem Legierungsmaterial", die von einem Teil der Anmelder angemeldet wurde und als japanische Offenlegungsschrift Nummer 59-46 161 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 den feinen Partikeln, wird das Oberteil 3 auf den Körper 2 gesetzt und eine perfekte Abdichtung oder Abschließung erreicht aufgrund der Elastizität dieser Teile.

Danach wird auf die geschlossene Form 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 die geschlossene Form eintritt und mit der darin befindlichen, wasserstoffadsorbierenden Legierung in Kontakt kommt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird, wie Fig. 3 zeigt, ein zylindrischer Film 10 aus einem flexiblen und weichen Gummi über die gesamte, geschlossene Form so aufgebracht, daß er sie ummantelt. Dann wird ein Ende des zylindrischen Films gefaltet und in das Wärmeübertragungsrohr 8 von einem Ende aus eingeschlagen und am anderen Ende hiervon durch Ansaugen mit einer Vakuumpumpe herausgenommen. Das herausgenommene Ende wird durch die Vakuumpumpe weitergezogen, um dem umhüllenden Film 10 eine Spannung zu verleihen und am anderen Ende durch Überlappung befestigt, wobei eine dichte Passung zwischen dem Film und der geschlossenen Form erreicht wird. Es ist jedoch möglich, einen direkten Kontakt zwischen dem Fluid und der wasserstoffadsorbierenden Legierung durch ein anderes Verfahren auszuschließen.

Die geschlossene Form 1 (die mit dem Film 10 überzogen ist) wird in einen Halter 11 gesetzt und zusammen mit diesem in ein Druckgefäß 7 mit gleichförmigem Druck, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, eingebracht. Wenn die Vorbereitungen für das Pressen abgeschlossen sind, wird ein Oberteil 12 aufgesetzt und ein Haltestift in ein Loch 14, das seitlich durch das Oberteil 12 hindurchläuft, eingesetzt.

Bei dem Pressen in einer gleichförmigen Presseinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel wird ein notwendiger Luftdruck von einem separaten Kompressor 15 geliefert und ein Wasserdruck erzeugt, in dem mit dem Luftdruck eine Wasserpumpe 16 betrieben wird. Der Druck wird dem Druckgefäß durch einen Druckeinlaß 17 am unteren Bereich des Druckgefäßes zugeführt. Da das als Druckmedium benutzte Wasser durch die Wasserpumpe 16 hindurchläuft, ist es vorteilhaft, einen Emulsionsbildner zum Emulgieren des Wassers in Hinblick auf Schmieren und Rostverhinderung beizufügen. Um einen festen und dichtgepackten, kompakten Körper zu erreichen, ist die Anwendung von ungefähr 1,5 bis 2 t/cm² statischen Drucks auf die Oberfläche der Form ausreichend.

In den Fig. 4 bis 16 sind verschiedene Modifkationen von Kombinationen zwischen der wasserstoffadsorbierenden Legierung und dem Wärmeübertragungselement 5 (d. h. dem Wärmeübertragungsrohr 8 und den Rippen 9), die kompakt ausgebildet werden sollen, gezeigt. Fig. 4 zeigt, daß das Wärmeübertragungsrohr ein gerades Rohr (entsprechend Anspruch 2) aufweist, Fig. 5 zeigt ein Wärmeübertragungsrohr in Form eines geraden, welligen 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 Fig. 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 Anzahl von geraden Rohren und/oder gebogenen Rohren (entsprechend Anspruch 10) sind, 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 am Außenmantel jedes Rohres 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, anbetrifft, so können sie als rechteckförmige Rippen, schraubenlinienförmig kontinuierlich auf das Rohr aufgebrachte Rippen usw. zusätzlich zu den scheibenartigen Rippen, die in Fig. 7, 11 und 16 gezeigt sind, ausgebildet sein.

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 Außenmantel des Rohrs angelötet sind, und eine wasserstoffadsorbierende Legierung, in die diese Rippen eingebettet sind. Die genannten Elemente sind zu einer Einheit geformt. Die Oberflächen feiner Partikel einer wasserstoffadsorbierenden Legierung aus LaNi_4,5 Al_0,5 sind mit Kupfer bei stromlosem Galvanisieren unter Verwendung eines Reduzierers überzogen.

Auf diese Weise 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 Pressmedium 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.

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

Dann werden feine Partikel von wasserstoffadsorbierender Legierung, deren Oberflächen mit Kupfer in derselben Weise wie die Ausführungsbeispiele überzogen wurde, in pfannkuchenförmige Scheiben mit 35 mm Außendurchmesser, 16 mm Innendurchmesser und 0,4 mm Dicke durch eine hydraulische Einwegepresse geformt und durch Einsetzen eines Kupferrohres mit 16 mm Außendurchmesser in einen hohlen Bereich dieser Scheiben und Anordnung dieser Scheiben zwischen Rippen von 0,5 mm Dicke, 35 mm Außendurchmesser und 16 mm Innendurchmesser in Form eines sandwich wird Referenz 2 mit demselben Erscheinigungsbild wie die Ausführungsbeispiele erreicht.

Weiterhin werden feine Partikel von wasserstoffadsorbierender Legierung, der Oberflächen mit Kupfer überzogen sind, in acht Pellets von 9 mm Außendurchmesser und 4 mm Dicke durch eine hydraulische Einwegepresse geformt, sie werden zwischen den Rippen angeordnet, die das Kupferrohr umgeben, so wird die Referenz 3 erhalten.

Der für die Ausbildung der Referenz 2 und 3 benötigte Druck beträgt 5 t/cm².

Die auf diese Weise erhaltenen Ausführungsbeispiele und Referenzen sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt:

TABELLE 1

Die Messungen der Ausführungsbeispiele und Referenzen erfolgte durch Bestimmen ihrer thermischen Leitfähigkeit. Es wurde heißes Wasser von 65°C durch ein Rohr geleitet, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, und die Oberflächentemperatur jeder Probe wurde mittels eines Alumel/Chromel Thermoelements gemessen, das an einem Meßpunkt M angebracht war.

Als Ergebnis der Messung wurde gefunden, daß ein beträchtlicher Unterschied in der Anstiegszeit, insbesondere im Bereich von ein bis zwei Minuten, wie aus Fig. 18 ersichtlich ist, auftrat, hieraus wird ein rascher Wärmeübergang für die Ausführungsbeispiele ersichtlich.

Zusätzlich zu dem vorgenannten Hauptvorteil soll hier auch angeführt werden, daß bei dem Formverfahren der Partikel der wasserstoffadsorbierenden Legierung durch Flüssigkeitsdruck gemäß der Erfindung, ein Druck von 1,5 bis 2,0 t/cm² ziemlich ausreichend für das Formverfahren ist, während 5 t/cm² bei einer konventionellen Einwegepresse benötigt werden. Dieser zweite Vorteil wird durch die Anwendung eines gleichförmigen Drucks auch von der Innenseite des Wärmeübertragungsrohrs her erreicht, obwohl eine Presse mit gleichförmigem Druck für sich bekannt ist in ihrer Anwendung für das Formpressen von Partikeln.

Weiterhin zeigen die vorgenannten Ausführungsbeispiele (entsprechend den Ansprüchen 3, 7 und 11) den speziellen Effekt, daß ein durch das Wärmeübertragungsrohr fließendes Heiz- oder Kühlmittel in einem gewissen Maße gehindert wird, gleichmäßig zu fließen, weil durch das Zusammenpressen und die Ausdehnung der Rohrwand Unregelmäßigkeiten gebildet werden, die zu einer Mischströmung des Mediums selbst führen, dies führt zu einer Vereinheitlichung von Innentemperatur und erfolgreichem Wärmeübergang zwischen dem Medium und dem Rohr, da eine Stagnation oder Oszillation des Flusses des Mediums vorzugsweise im Rohr erzeugt wird.

Unregelmäßigkeiten werden auch im Bereich der Kontaktoberfläche zwischen der Außenwand des Wärmetransportrohres und der wasserstoffadsorbierenden Lösung ausgebildet, dies verbessert den Zusammenhalt und den dichten Sitz zwischen diesen Teilen.

Während die oben genannten Ausführungsbeispiele vorzugsweise Ausführungen der Erfindung beschreiben, ist anzumerken, daß 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 (5), dessen äußerer Durchmesser kleiner ist als ein Innendurchmesser einer Form (1), vorgesehen ist, daß feine Partikel einer wasserstoffadsorbierenden Legierung (6) eingebracht sind zwischen einer Innenwand dieser Form (1) und einer Außenwand des Wärmeübertragungselements (5), wobei das Wärmeübertragungselement (5) in die axiale Mitte der elastischen, zylindrischen Form (1) eingesetzt ist, und daß dieses Wärmeübertragungselement (5) und die wasserstoffadsorbierende Legierung (6) fest zu einer Einheit durch Formpressen in einem Druckgefäß (7), bei dem Fluid als Druckmedium benutzt wird, geformt wird, indem gleichmäßiger Druck auf die Innenwand des Wärmeübertragungselements (5) und die Außenwand der Form (1) aufgebracht wird.

2. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein thermisch leitfähiges, gerades Rohrstück ist.

3. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein wärmeleitendes, gerades, durch Schmieden hergestelltes, gewelltes Rohrstück ist.

4. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein wärmeleitendes, gerades Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen aufweist, die radial am Außenmantel des Rohrstücks vorgesehen sind.

5. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein wärmeleitendes, gerades Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen aufweist, die 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 (5) ein gebogenes Rohrstück ist.

7. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein gebogenes, gewelltes, durch Schmieden hergestelltes Rohrstück ist.

8. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein wärmeleitendes, gebogenes Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen aufweist, die radial am Außenmantel des Rohrstücks angeordnet sind.

9. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) ein wärmeleitendes, gebogenes Rohrstück und eine Vielzahl von Rippen aufweist, die 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 (5) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken ist.

11. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) 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 (5) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken mit einer Vielzahl von Rippen ist, die radial am Außenmantel der entsprechenden Rohrstücke angeordnet sind.

13. Wärmetauscheinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Wärmeübertragungselement (5) eine Kombination einer Vielzahl von geraden Rohrstücken und/oder gebogenen Rohrstücken mit einer Vielzahl von Rippen ist, die an den Außenmänteln der entsprechenden Rohrstücke angeordnet sind und einen rechten Winkel mit den Rohrstücken einschließen.