DE3542185A1

DE3542185A1 - Waermeaustauscher unter verwendung einer wasserstoff-okklusion-legierung

Info

Publication number: DE3542185A1
Application number: DE19853542185
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ishikawa; Akihiko Kato; Iwao Nishimura; Keisuke Oguro; Teruya Okada; Keizo Sakaguchi; Shizuo Sakamoto; Hiroshi Suzuki
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: 1984-11-30
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1986-06-05
Also published as: DE3542185C2; US4609038A; JPS61134593A; JPH0222880B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher unter Verwendung einer - Wasserstoff-Okklusion-Legierung, die hauptsächlich aus einem Metallhydrid besteht. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Wärmeaustauscher, bei dem die Kapazität der Wasserstoff-Okklusion trotz wiederholten Gebrauchs nur wenig abnimmt, der klein gebaut werden kann und dessen Wärmeaustauschwirkungsgrad groß ist und bei dem die Okklusion und die Abgabe von Wasserstoff rasch erfolgt, so daß er als wirksame Wasserstoffspeichervorrichtung verwendet werden kann.

Bisher sind verschiedene Techniken entwickelt worden, bei denen Wasserstoff in einem bestimmten Metall oder einer Legierung zur Speicherung darin okkludiert und daraus in Form eines Metallhydrides übergeführt wird. Diese Techniken sind weiterhin zu derartigen praktischen Verwendungen wie Reinigung von Wasserstoff, Aufbau einer Wärmepumpe, Klimaanlagen etc. angewendet worden.

In einem derartigen Fall, da eine exotherme Reaktion oder eine endotherme Reaktion notwendigerweise stattfindet, wenn das Metallhydrid Wasserstoff okkludiert oder abgibt, ist es möglich, davon in einen Wärmeaustauscher oder in einer Wärmepumpe Gebrauch zu machen. Wenn es beabsichtigt ist, Wasserstoff zu speichern oder zu befördern, findet die Abgabe von Wasserstoff nicht ohne eine schnelle Wärmeabgabe zwischen dem Metallhydrid und der Umgebung statt.

Jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit der Wasserstoff-Okklusion-Legierung selbst tatsächlich nur gering und die Wärmeleitfähigkeit ist darüberhinaus weiterhin vermindert durch den Zerfall und die Feinstzermahlung der Legierung im Verlauf von wiederholten Okklusionen und Abgaben von Wasserstoff, die eine Verminderung oder Abnahme des thermischen Wirkungsgrades oder der Kapazität der IJnssnrr.toff-Okklusion des Wärmeaustauschers mitsichbringen.

Zur Überwindung dieses Problems sind bisher verschiedene Versuche unternommen worden. Beispielsweise wird in der offengelegten japanischen Patentanmeldung (ungeprüft) Nr. 57-61601 "Metallhydridreaktor" vorgeschlagen, das Metallhydrid in einer Netzwerk-Struktur oder in einem porösen Körper zu halten, die in einem Druckbehälter angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform, so wie sie in Fig. 12 der Zeichnungen dargestellt ist, ist eine (geflechtähnliche) Netzwerk-Struktur 6, die aus feinen, miteinander verflochtenen Drähten besteht, in einen Behälter la eingefügt, die diesen bis oben hin auffüllt. In den Behälter la sind feine Teilchen, die ein 200-er Geflecht passieren können, infiltriert und füllen 50 % des Behälters auf, wobei sie durch die Netzwerk-Struktur gehalten werden. In dem Behälter ist eine Wärmeaustauschleitung angeordnet, die als Wärmemittelrückflußleitung 3 dient. Beide Enden der Leitung 3 sind jeweils mit einem Eingang (Zuführung) 4a und einem Ausgang (Abführung) 5a für das Wärmemittel oder das Kühlmittel verbunden. Das Bezugszeichen 2a ist ein Eingang für den Wasserstoff.

Bei der vorbeschriebenen Anlage ist die Beschickung mit Metallhydrid derart verbessert, daß die Wärmeleitfähigkeit 1,9 mal größer ist.

Bei einem anderen Vorschlag gemäß dem offengelegten japanischen (ungeprüften) Gebrauchsmuster Nr. 59-62399 "Druckbehälter mit einem Wasserstoff-Okklusion-Teil" werden Wasserstoff-Okklusion-Teile in kleinen Räumen angeordnet, die durch Unterteilung des Inneren eines Behälters Ib gebildet werden. Wie in Fig. 13 der Zeichnungen dargestellt ist, sind mehrere Behältnisse 7 für die Aufnahme der Wasserstoff-Okklusion-Teile parallel zueinander in dem Behälter Ib angeordnet. Die Wasserstoff-Okklusion-Teile 8 sind als Verbundstoff in Form einer Säule mit quadratischem Querschnitt, in Form eines Zylinders oder ähnlichem ausgebildet und sind in das Behältnis 7 eingefügt. Eine Durchbohrung 9 ist

durch die Mitte eines jeden Wasserstoff-Okklusion-Teils 8 gebildet. Durch eine derartige Struktur wird eine große Menge an produzierter Wärme während der Okklusion des Wasserstoffs rasch durch das Wärmemittel ausgetauscht, so daß die Reaktion gleichmäßig stattfinden kann. Die feinen Teilchen in den Wasserstoff-Okklusion-Teilen 8 sind vor dem Zerstreuen oder vor Verlagerungen geschützt, wenn der Wasserstoff nach innen und nach außen strömt.

Ein gemeinsames ernsthaftes Problem besteht jedoch bei beiden vorbeschriebenen bekannten Techniken. Dieses Problem liegt in der schnellen Abnahme der Kapazität der Wasserstoff-Okklusion der Wasserstoff-Okklusion-Legierung selbst. Mit anderen Worten, zwar gewährleisten im frühen Gebrauchsstadium beide bekannte Techniken eine ausgezeichnete Wärmeleitung, die eine schnelle Okklusion und Abgabe von Wasserstoff ermöglicht, doch nach wiederholtem und fortgesetztem Gebrauch verringert sich die Wärmeleitfähigkeit in einer ziemlich kurzen Zeitspanne aufgrund von Feinstzermahlungen etc., wodurch die Okklusions- und Abgabefunktion ebenfalls vermindert wird.

Da bei der ersten vorbeschriebenen bekannten Technik die Feinstzermahlung der feinen Teilchen aufgrund ihres Zerfalls als Folge der wiederholt stattfindenden Expansionen und Kontraktionen bei jeder Hydrierung und Dehydrierung unvermeidlich stattfindet, besteht weiterhin die Möglichkeit, daß das feinstzermahlene Metallhydrid die Bindungskräfte der geflechtähnlichen Struktur 6 überwindet und aus der Struktur herausfällt und darum verstreut ist. Dadurch wird allmählich die Befüllungsrate der feinen Teilchen vermindert. Im Fall der vorbeschriebenen zweiten bekannten Technik besteht demgemäß die Möglichkeit, daß der Verbundstoff des Wasserstoff-Okklusion-Teils 8 im Behältnis 7 zerfällt und daß die Durchbohrung auseinanderbricht, so daß es schwierig ist, das Wasserstoffgas vollständig in deren Längsrichtung einzuleiten. Darüberhinaus sind die feinstzermahlenen

-G-

feinen Teilchen durch die wiederholte Okklusion und Abgabe von Wasserstoff verdichtet, was die Deformation und den Bruch des Behältnisses aufgrund anomaler Kräfte, die teilweise auf das Behältnis wirken, mitsichbringen kann. Daneben ist bei der zweiten bekannten Technik eine zufriedenstellende Bearbeitbarkeit nicht gewährleistet, wenn eine Durchbrechung durch den Verbundstoff gebohrt werden soll, der durch Formpressen der feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung gebildet ist. Dies resultiert in einem groben und schlechten Ergebnis.

Auf diese Weise bestehen bei den bekannten Wärmeaustauschern weiterhin derartige Nachteile, daß die Wärmeaustauschfunktion aufgrund der Verminderung der Wärmeleitfähigkeit des pulverisierten Metallhydrids und aufgrund des Zerfalls und des Zerstreuens der feinen Teilchen im Verlauf von wiederholten Benutzungen des Wärmeaustauschers abnimmt oder sich verschlechtert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher unter Verwendung einer Wasserstoff-Okklusion-Legierung zu schaffen, dessen Funktion trotz wiederholten Gebrauchs nicht innerhalb kurzer Zeit vermindert ist und wobei die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden sollen.

Ausgehend von einem Wärmeaustauscher unter Verwendung einer Wasserstoff-Okklusion-Legierung, die in einem Druckbehälter angeordnet ist, der mit einer Wasserstoffzuführung, einer Heizmittel- oder Kühlmittelzuführung sowie einer Abführung ausgestattet ist, wird in einer ersten Lösung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Oberflächen von feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall durch Plattierung überzogen sind, wobei dann aus den überzogenen feinen Teilchen ein Verbundstoff der Wasserstoff-Okklusion-Legierung durch Formpressen gebildet wird, daß der Verbundstoff mit Durch-

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bohrungen versehen ist, in die klärmeaustauschrohre mit direktem Kontakt eingesetzt sind, und daß die Enden der Rohre jeweils mit der Zuführung und der Abführung verbunden sind.

Die Materialien für die feinen Teilchen, die vorzugsweise in der Wasserstoff-Okklusion-Legierung verwendet werden, sind Lanthan-Nickel, ein Mischmetall aus Nickel, ein Mischmetall aus Nickel-Aluminium, Eisen-Titan, Titan-Mangan, Kalcium-Nickel, Magnesium-Kupfer, Magnesium-Nickel. Die verschiedenartigen Metalle sind vorzugsweise Kupfer, Nickel etc.. Als Plattierungsverfahren ist Elektroplattierung, Vakuumverdampfung oder nichtelektrische Plattierung durch Eintauchen möglich, wobei eine nichtelektrische Plattierung mit Reduktion besonders bevorzugt wird.

Ausgehend von dem gleichen Wärmeaustauscher wird in einer zweiten Lösung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Oberflächen von feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall überzogen sind, daß die feinen Teilchen in ein poröses Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit infiltriert sind, daß daraus ein Verbundstoff der Wasserstoff-Okklusion-Legierung durch Formpressen gebildet wird, daß der Verbundstoff mit Durchbohrungen versehen ist, in die Wärmeaustauschrohre mit direktem Kontakt eingesetzt sind, und daß die Enden der Rohre jeweils mit der Zuführung und der Abführung verbunden sind. Diese zweite Lösung enthält die gleichen Lösungsmerkmale wie die erste Lösung und erfüllt weiterhin genau den gleichen Zweck wie die erste Lösung. Die zweite Lösung umfaßt zusätzlich die Bildung eines Verbundstoffes der Wasserstoff-Okklusion-Legierung, wobei nach dem Überziehen der Oberflächen der feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall durch Plattierung die feinen Teilchen in ein wärmeleitendes poröses Material gefüllt werden, woraus der Verbundstoff der Wasserstoff-Okklusion-Legierung durch Formpressen gebildet wird.

— φ* * μ.

Für das wärmeleitende poröse Material ist es möglich, aufgeschäumtes Metall, verdichtete metallische Faserbündel oder verdichtetes Metallpulver mit grobem Korn zu verwenden, wobei das aufgeschäumte Metall besonders bevorzugt wird.

Auf diese Weise erhält man durch Formpressen der feinen Teilchen des Metallhydrids einen Verbundstoff 15 oder 18, wobei die Herstellung nach dem vorerwähnten Verfahren erfolgt. Dieser Verbundstoff 15 oder 18 besitzt eine Durchbohrung 16, die gleichzeitig während des Formpressens oder danach ausgeführt wird. Ein Wärmeaustauschrohr 17 ist mit direktem Kontakt in die Durchbohrung 16 eingesetzt, wobei beide Enden dieses Rohres 17 jeweils mit einer Zuführung 13 und mit einer Abführung 14 für das Wärmemittel oder für das Kühlmittel verbunden sind.

Üblicherweise ist ein Druckbehälter 11 mit einer Wasserstoffzuführung 12 versehen, so daß dieser über ein Abschlußventil mit einem äußeren Vorratsbehälter für das Wasserstoffgas verbunden ist.

Wenn beim erfindungsgemaßen und oben beschriebenen Wärmeaustauscher Wasserstoff von dem äußeren Vorratsbehälter für das Wasserstoffgas der Wasserstoffzuführung 12 zugeführt wird, wird der Druckbehälter 11 mit dem Wasserstoff gefüllt. Bei einer weiteren Versorgung unter Druck wird der Wasserstoff in dem in dem Behälter angeordneten Verbundstoff 15 oder 18 der Wasserstoff-Okklusion-Legierung okkludiert. Durch die Metallhydrierung wird gleichzeitig eine große Wärmemenge erzeugt.

Wenn gleichzeitig damit eine Versorgung mit einem Kühlmittel (beispielsweise Kühlwasser) von der Zuführung 13 aus zu dem Wärmeaustauschrohr 17 erfolgt, das in den Verbundstoff 15 oder 18 eingesetzt ist, absorbiert das Kühlmittel schnell die im Verbundstoff erzeugte Wärme und führt diese durch die Abführung 14 nach außen hin ab.

Wenn ein Wärmemittel (beispielsweise Dampf) in das Wärmeaustauschrohr 17 während der Phase der Okklusion des Wasserstoffs in dem Verbundstoff 15 (oder 18) eingeführt wird, absorbiert der Verbundstoff die Wärme des Wärmemittels, während das Wasserstoffgas abgegeben wird. Dadurch erniedrigt sich die Temperatur des Wärmemittels, wobei das Wärmemittel mit der erniedrigten Temperatur durch die Abführung 14 abgeführt wird. Das abgegebene Wasserstoffgas wird aus dem Behälter 11 durch die Wasserstoffzuführung 12 an den äußeren Vorratsbehälter oder dgl. nach außen abgeführt.

Als Folge der vorerwähnten Anordnung und Wirkungsweise besitzt die Erfindung folgende Vorteile.

Zunächst werden die Oberflächen von feinen Teilchen der Wasserstof f-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall überzogen, d.h. es wird eine Einkapselung durchgeführt. Bei Erfüllung der einzelnen Erfordernisse erhält man einen gleichmäßigen und sehr adhäsiven Überzug. Der Uberzugfilm besitzt eine kristalline Struktur, die zwar den Durchtritt von Wasserstoff nicht behindert, die jedoch den Durchtritt von anderen Verunreinigungen verhindert. Weiterhin sind die Oberflächen der feinen Teilchen davor gehindert, einen Oxidfilm durch einen Abschirmungseffekt des Uberzugfilms zu erzeugen. Folglich ist die Wasserstof f-Okklusion-Legierung vor einer Verminderung ihrer Okklusions-Kapazität aufgrund der Verschlechterung (Inaktivität) der Elemente der Wasserstoff-Okklusion-Legierung geschützt.

Da der Uberzugfilm als eine äußere Schale dient, sind die feinen Teilchen darüberhinaus vor einer Feinstzermahlung infolge ihres Zerfalls geschützt. Dadurch ist die Wasserstoff-Okklusion-Legierung vor einer Verminderung ihrer Okklusions-Kapazität aufgrund der Abnahme der Wärmeleitfähigkeit geschützt und das Problem des

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Zerfalls und des Zerstreuens ist ebenso wirksam gelöst.

Im Hinblick auf die Vorteile, die durch das Formpressen des vorbehandelten Materials erzielt werden, sind aufgrund des Überzugs (Einkapselung) die Oberflächen der feinen. Teilchen mit einem sehr wärmeleitenden verschiedenartigen Metall und durch das Pressen die äußeren Elektronen der Metallatome in der Oberfläche in einem Kovalenz-Zustand. Dies bringt einen Preßeffekt mit sich und als Folge wird eine große Festigkeit und eine große Wärmeleitfähigkeit erzielt.

Eine mögliche Gestalt des Wärmeaustauschteils kann durch entsprechende Wahl eines Metallformteils gegeben sein. Durch vorläufige Formung einer geraden oder konkav gekrümmten Aussparung mittels eines Metallformteils erhält man eine gleichmäßige und feine Oberfläche des Wärmeaustauschteils mit einer hohen Oberflächenstabilität, jedoch ohne Rauhheit und Zerfall im Vergleich zur Bearbeitung nach der Formung.

Sogar wenn die Aussparung durch Bearbeitung nach der Formung des Wärmeaustauschteils vorgenommen wird, ist das Problem der rauhen Oberfläche im Vergleich zum Stand der Technik zu einem großen Teil beseitigt.

Die vöTfrersehriebenen Vorteile gelten weiterhin auch für die zweite Lösung der Erfindung. Da die eingekapselten feinen Teilchen in die Zwischenräume des porösen und wärmeleitenden Basismaterials eingefüllt sind und eine Formung durch Formpressen erfolgt, wird eine wirkungsvolle Vereinheitlichung durch das Pressen zwischen dem porösen Material und den Oberflächen der feinen Teilchen sowie zwischen den Oberflächen der feinen Teilchen selbst erreicht, wodurch eine hohe Wärmeleitfähigkeit sichergestellt ist. Weiterhin lösen sich die feinen Teilchen nur schwer von dem festen Verbundstoff und werden nur schwer zerstreut, da die Bindungskräfte der feinen Teilchen ausreichend groß sind.

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Zusätzlich findet der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmemittel und dem Verbundstoff rasch statt, da das Wärmeaustauschrohr direkt in die durch das Innere des Verbundstoffes verlaufende Durchbohrung eingesetzt ist. Weiterhin ist es möglich, den Wärmeaustauscher gemäß dem üblichen Aufbau von konventionellen Wärmeaustauschsystemen zu gestalten und einen hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu bestehenden Wärmeaustauschern dieses Typs zu erzielen, da mehrere Rohre aufgrund der ausreichenden Festigkeit des Verbundstoffes angeordnet werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen, die ein Teil dieser Anmeldung sind, sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh

rungsform;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig.

• 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten

Ausführungsform;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer dritten

Ausführungsform;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine vierte Ausfüh

rungsform;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine fünfte Aus

führungsform;

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Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine sechste Aus

führungsform;

Fig. 8 einen horizontalen Schnitt durch eine

siebte Ausführungsform;

Fig. 9 einen horizontalen Schnitt durch eine

achte Ausführungsform;

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine Ausführungs

form, in der die fünfte und die achte Ausführungsform vereinigt ist;

Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein Ausführungs

beispiel, in dem die Erfindung auf ein Wärmerohr angewendet ist;

Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen bekannten

Wärmeaustauscher;

Fig. 13 einen Längsschnitt durch einen weiteren

bekannten Wärmeaustauscher.

Im folgenden werden nunmehr anhand der Zeichnungen einige der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Zunächst wird Mn Ni, _ς Mn_n ,- in ein pulverisiertes Material von

feinen Teilchen übergeführt, wobei die durchschnittliche Korngröße ungefähr 15 pm bei wiederholter Absorption und Abgabe von Wasserstoff beträgt. Nach dem Entfetten und Reinigen wird das pulverisierte Material mit Kupfer mittels einer benetzenden nichtelektrischen Plattierung des autokatalytischen Typs unter Verwendung eines Reduktionsmittels überzogen. In diesem Prozeß

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wird das pulverisierte Material direkt in eine Plattierungslösung für eine Oberflächenreaktion eingetaucht. Wenn jedoch die Startreaktion unzureichend ist, wird das pulverisierte Material in eine bekannte Beschleunigungslösung eingetaucht, die ein Palladiumsalz für die Beschleunigungsbehandlung enthält.

Bei dieser autokatalytischen, nichtelektrischen Plattierung mit Kupfer unter Verwendung eines Reduktionsmittels wird als Reduktionsmittel Formaldehyd verwendet und ein Plattierungsfilm von ungefähr 1 pm Dicke wird durch Plattierung für die Dauer von ungefähr 40 Minuten bei 3O⁰C gebildet, während eine nichtelektrische Plattierungslösung von TMP Chemical Copper #500 (hergestellt durch Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) umgerührt wird. Nach der Oberflächenreaktion werden die feinen Teilchen im Wasser gewaschen und bei niedriger Temperatur getrocknet.

Die feinen Teilchen werden dann dem Formpressen mittels hydraulischen Pressens unterworfen. Ein geeigneter Druck für das Formpreßverfahren beträgt ungefähr 5 T/cm .

Bei einer Ausführungsforrn der zweiten Lösung der Erfindung wird pulverisiertes Material der Legierung, das wie oben beschrieben plattiert worden ist, auf ein geschäumtes Aluminiumteil, d.h. auf ein poröses Teil (Handelsname: Duocel hergestellt durch Energy Research & Generation Co.) plaziert. Die feinen Teilchen werden in die freien Innenräume des porösen Materials durch die Poren auf der Oberfläche durch Vibration des Ganzen infiltriert. Es ist erforderlich, daß jeder freie Zwischenraum mit der Oberfläche des geschäumten Teils verbunden ist und daß die Porendurchmesser größer sind als der Durchmesser jedes der feinen Teilchen. Im Hinblick auf eine praktische Herstellungsweise liegt der bevorzugte Porendurchmesser im Bereich zwischen 1 und 3 mm. Aus dem geschäumten Aluminiumteil mit den auf diese Weise durch Vibration imprägnierten feinen Teilchen wird dann durch Formpressen ein Verbundstoff 18 gebildet, wobei beim Formpressen

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ein statischer Druck von nicht mehr als 5 T/cm auf das geschäumte Aluminiumteil ausgeübt wird, so daß dessen Dicke um etwa 4OK (oder um 6055) durch das Pressen vermindert wird.

Es ist auch möglich, als poröses Material einen wabenartigen Aluminium-Kern (Handelsname: Hivex Core hergestellt durch The Yokohama Rubber Co., Ltd.), geschäumtes Nickel (Handelsname: Celmet hergestellt durch Sumitomo Electric Industry Co., Ltd.) oder eine korrosionsbeständige dreidimensionale Geflecht-Struktur (Handelsname: P.P. Mesh Demister hergestellt durch Sankyo Tokushu Kanaami Kako Co., Ltd.) zu verwenden. Diese porösen Materialien sind im Hinblick auf das Herstellungsprinzip und die Gestalt der freien Zwischenräume unterschiedlich. Übereinstimmung besteht jedoch darin, daß die freien Zwischenräume mit der Oberfläche des Verbundstoffes verbunden sind und daß die Porendurchmesser größer sind als jedes der feinen Teilchen, d.h. im praktischen Gebrauch sind die Öffnungen auf der Oberfläche dieser Materialien nicht größer als 1 bis 3 mm.

Die Gestalt des Verbundstoffes 15 (oder 18) kann frei gewählt werden. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die gebräuchlichste Gestalt als eine erste Ausführungsform. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1. In dieser Ausführungsform enthält der Verbundstoff feine Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung, die in Gestalt eines Zylinders geformt sind, in dem eine Mehrzahl von Durchbohrungen 16 in Form eines Wabenmusters vorgesehen sind. Die Durchbohrungen 16 sind derart angeordnet, daß sie miteinander in Verbindung stehen und daß sie in Längsrichtung des Druckbehälters 11 miteinander verbunden sind. In die Durchbohrungen 16 sind Wärmeaustauschrohre 17 derart eingesetzt, daß sie in direktem Kontakt mit dem Verbundstoff 15 (oder 18) stehen. Die Wärmeaustauschrohre 17 sind derart schlangenförmig (oder hin und her) innerhalb des Verbundstoffes 15 (oder 18) angeordnet, daß sie gebogene Abschnitte

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außerhalb des Verbundstoffes 15 (oder 18) bilden, über die sie miteinander in Verbindung stehen. Dies ist in Fig. l dargestellt. Weiterhin sind beide Enden der gebogenen Abschnitte über Kupplungsstücke 20 mit einer Zuführung 13 und mit einer Abführung 14 für das Wärmemittel verbunden. Vorzugsweise wird für das Material der Wärmeaustauschrohre 17 ein spezieller Stahl (beispielsweise rostfreier Stahl) oder eine Kupferlegierung verwendet, die gegen Versprödung aufgrund des Wasserstoffs resistent ist.

Das Bezugszeichen 21 bezeichnet ein wärmeisolierendes Material, mit dem die Innenwand des Druckbehälters 11 abgedeckt ist. Es ist auch möglich, die Außenwand des Druckbehälters 11 mit diesem wärmeisolierenden Material 21 abzudecken.

Da der zylindrische Verbundstoff 15 (oder 18) einen etwas geringeren Durchmesser besitzt als der Innendurchmesser des zylindrischen Druckbehälters 11 (oder des wärmeisolierenden Materials 21), wird daher bei der ersten Ausführungsform ein Zwischenraum 22 aufgrund der Unterschiede in den Durchmessern dazwischen gebildet. Dieser Zwischenraum 22 dient als Durchtritt für den Wasserstoff. Um den Kontakt mit dem Wasserstoff zu beschleunigen und um die Hydrierung so gut wie möglich zu fördern, wird weiterhin vorzugsweise eine teilweise Aussparung oder eine Mehrzahl von Wasserstoffdurchflußbohrungen 23 im äußeren Bereich des Verbundstoffes 15 (oder 18) gebildet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen perspektivische Ansichten einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform, bei der der Verbundstoff 15 (oder 18) in Längsrichtung des Druckbehälters 11 unterteilt und übereineinander geschichtet ist. Bei dieser Ausführungsform sind zur Bildung des Verbundstoffes 15 (oder 18) Vorarbeiten notwendig, bei denen längsver-

laufende konkave Nuten auf der Geflechtoberfläche gebildet werden. Die eine konkave Nut wird dann auf die andere konkave Nut gelegt, um so die Durchbohrungen 16 dazwischen zu bilden. Folglich ist es nicht notwendig, nach der Formung des Verbundstoffes 15 (oder 13) zusätzlich die Durchbohrungen 16 auszubilden.

Die Fig. 6 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsformen, bei denen Kopfteile 24, 25 jeweils auf der Zuführungs- und Abführungsseite für das Wärmemittel angeordnet sind und bei denen eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren 17 vorgesehen sind, die zwischen den beiden Kopfstücken 24, 25 durch den Verbundstoff 15 (oder 18) hindurchverlaufen. Bei diesen Figuren 6 bis 11 sind der Druckbehälter 11 und das wärmeisolierende Material 21 weggelassen. Es ist lediglich der Umriß des Wärmeaustauscherteils dargestellt.

Im einzelnen ist Fig. 6 ein Längsschnitt durch ein zylinderförmiges und horizontales Wärmeaustauscherteil und Fig. 7 ist ebenfalls ein Längsschnitt durch ein ebenfalls zylinderförmiges, jedoch vertikales VJärmeaustauscherteil. Fig. 8 ist ein Querschnitt durch ein t.'-förmiges Wärmeaustauschrohr 17 und Fig. 9 ist ebenfalls ein Querschnitt, jedoch durch ein schlangenförmiges Wärmeaustauschrohr 17. Durch Überlagerung dieser verschiedenen Ausführungsforrnen des Verbundstoffes 15 (oder 18) mit dem Wärmeaustauschrohr 17 wird eine mehrlagige Wärmeaustauschereinheit gebildet, so wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. Ihre beiden Enden sind jeweils mit den Kopfteilen 24, 25 verbunden. Natürlich ist sowohl der horizontale als auch der vertikale Typ auf den erfindungsgernäßen Wärmeaustauscher anwendbar.

Fig. 11 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Anordnung auf ein Wärmerohr angewendet wurde. Dabei ist das Wärmeaustauschrohr 17 ins Innere des Verbundstoffes 15 (oder 18) eingefügt und nur das eine Ende des Wärmeaustauschrohres 17

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ist mit einem Kopfteil 26 verbunden, das ebenfalls als Wärmerohr dient, während das andere Ende innerhalb des Verbundstoffes 15 (oder 18) bleibt. Beide Enden dieses Kopfteils 26 sind jeweils mit einer Zuführung und mit einer Abführung für das Wärmemittel oder für das Kühlmittel versehen.

Nachdem soweit die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, daß Modifikationen und Variationen der Erfindung im Hinblick auf obige Lehre möglich sind. Der Umfang der Erfindung ist deshalb einzig durch die Ansprüche bestimmt.

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Bezuaszeichenliste

la	Behälter
Ib	Behälter
2a	Eingang
2b	Eingang
3	Wärmemittelrückflußleitung
4a	Eingang
4b	Eingang
5a	Ausgang
5b	Ausgang
6	Netzwerkstruktur
7	Behältnis
8	Wasserstoff-Okklusion-Teil
9	Durchbohrung
11	Druckbehälter
12	Wasserstoffzuführung
13	Heiz- oder Kühlmittelzuführung
14	Abführung
15	Verbundstoff
16	Durchbohrung
17	Wärmeaustauschrohr
18	Verbundstoff
20	Kupplungsstück
21	lAiärmeisolierendes Material
22	Zwischenraum
23	Wasserstoffdurchflußbohrung
24	Kopfteil
25	Kopfteil
26	Kopfteil

Claims

PATENTANWÄLTE DlPL.-'-MG. ALEXSTENGER J Kaiser-Friedrich-Ring 70 DIPL.-INC. WOLFRAM WATZKE D-4000 DÜSSELDORF H DIPL.-ING. H E I N Z J. RING EUROPEAN PATENT ATTORNEYS UnserZeiAen: 26 628 Datum: 28. November 1985 Agency of Industrial Science & Technology, 3-1, 1-chome Kasumigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan KURIMOTO LTD., 12-19, 1-chome Kitahorie, Nishi-ku, Osaka, Japan Wärmeaustauscher unter Verwendung einer Wasserstoff-Okklusion-Legierung Ansprüche

1. Wärmeaustauscher unter Verwendung einer Wasserstoff-Okklusion-Legierung, die in einem Druckbehälter (11) angeordnet ist, der mit einer Wasserstoffzuführung (12), einer Heizmittel- oder Kühlmittelzuführung (13) sowie einer Abführung (14) ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächen von feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall durch Plattierung überzogen sind, wobei dann aus den überzogenen feinen Teilchen ein Verbundstoff (15) der Wasserstoff-Okklusion-Legierung durch Formpressen gebildet wird, daß der Verbundstoff (15) mit Durchbohrungen (16) versehen ist, in die Wärmeaustauschrohre (17) mit direktem Kontakt eingesetzt sind, und daß die Enden der Rohre (17) jeweils mit der Zufuhrung (13) und der Abführung (14) verbunden sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiedenartige Metall Nickel und/oder Kupfer ist.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierung eine autokatalytische, benetzende und nicht-

Telefon (0211) 57 21 31 · Telex: 85 88 429 pate d ■ Telegrammadresse: Rheinpatent ■ Postscheckkonto Köln (BLZ 370100 50) 227610 - 503

elektrische Plattierung unter Verwendung eines Reduktionsmittels ist.

4. Wärmeaustauscher unter Verwendung einer Wasserstoff-Okklusion-Legierung, die in einem Druckbehälter (11) angeordnet ist, der mit einer Wasserstoffzuführung (12), einer Heizmittel- oder Kühlmittelzuführung (13) sowie einer Abführung (14) ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächen von feinen Teilchen der Wasserstoff-Okklusion-Legierung mit einem verschiedenartigen Metall überzogen sind, daß die feinen Teilchen in ein poröses Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit infiltriert sind, daß daraus ein Verbundstoff (18) der Wasserstoff-Okklusion-Legierung durch Formpressen gebildet wird, daß der Verbundstoff (18) mit Durchbohrungen (16) versehen ist, in die Wärmeaustauschrohre (17) mit direktem Kontakt eingesetzt sind, und daß die Enden der Rohre (17) jeweils mit der Zuführung (13) und der Abführung (14) verbunden sind.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiedenartige Metall Nickel und/oder Kupfer ist.

6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierung eine autokatalytische, benetzende und nichtelektrische Plattierung unter Verwendung eines Reduktionsmittels ist.

7. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material eine metallische, poröse Struktur ist.