KR100562726B1 - 유체 저장 및 분배 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유체 저장 및 분배 장치(200)는 흡수성 유체를 유지하기 위한 고상의 물리적 흡수제 물질(206)을 수용하는 저장 및 분배 용기(204)와, 이 저장 및 분배 용기와 결합되는 이동 수송 조립체를 포함한다. 저장 및 분배 용기는 저장의 경우 유체를 용기 안으로, 분배의 경우 유체를 용기 밖으로 선택적으로 유동시키도록 구성된다. 고상의 물리적 흡수제 매체에 물리적으로 흡수되는 흡수성 유체를 압력차 탈리 및/또는 열 탈리에 의해 선택적으로 탈리하여, 용기가 이동 수송 상태에 있거나 및/또는 정지 상태에 있을 때 가스를 분배할 수 있다.

Description

유체 저장 및 분배 시스템{BULK STORAGE AND DISPENSING SYSTEM FOR FLUIDS}
본 발명은 일반적으로 유체 성분이 고상의 흡수제 매체(solid sorbent medium)에 의해 흡수되어 유지되고 그 유체 성분은 분배 작동시에 상기 흡수제 매체로부터 탈리(脫離)되어 해제되는 용기로부터 유체를 선택적으로 분배하는 저장 및 분배 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 본 발명은 이러한 타입의 벌크 저장 및 분배 시스템에 관한 것이다.
다양한 산업 공정 및 용례에서, 소형이고, 휴대할 수 있으며, 필요시에 유체를 공급하는 데 이용할 수 있는 신뢰 가능한 공정 유체 공급원를 필요로 하고 있다. 이러한 공정 및 용례로는 반도체 제조, 이온 주입, 평판 디스플레이의 제조, 치료, 수처리(water treatment), 비상 호흡 장비, 용접 작업, 액체 및 가스의 운반을 포함하는 우주 기반 용례 등이 있다.
1988년 5월 17일에 등록 공고된 카알 오. 놀뮬러(Karl O. Knollmueller)의 미국 특허 제4,744,221호에는 아르신(arsine)을 약 -30 ℃ 내지 약 30 ℃ 온도에서 약 5 Å 내지 약 15 Å 범위의 기공 크기를 갖는 제오라이트(zeolite)와 접촉시켜 제오라이트에 아르신을 흡수시키고, 그 후 제오라이트 물질로부터 아르신을 해제하기에 충분한 시간 동안 최대 약 175 ℃의 상승된 온도까지 제오라이트를 가열하여 아르신을 분배함으로써, 아르신을 저장 및 후에 운반하는 방법이 개시되어 있다.
상기 놀뮬러의 특허에 개시된 방법은 제오라이트 물질을 가열하기 위한 가열 수단을 제공해야 하고, 그 가열 수단은 이전에 흡수된 아르신을 제오라이트로부터 원하는 양으로 탈리시키기에 충분한 온도까지 제오라이트를 가열하도록 구성 및 배치되어야 한다는 단점이 있다.
아르신 함유 제오라이트를 수용하는 용기의 외부에 가열 자켓(heating jacket) 또는 다른 수단을 사용하는 것은, 상기 용기가 통상 상당한 열용량을 갖고 있어 분배 작동에 상당한 지연 시간이 발생한다는 문제가 있다. 또한, 아르신을 가열하면 아르신이 분해되고, 그 결과 수소 가스가 형성되어, 처리 시스템에 폭발 위험이 야기된다. 또한, 이와 같이 열을 매개로 하여 아르신을 분해하면, 처리 시스템 내의 가스 압력이 실질적으로 증가하게 되고, 이는 시스템의 수명 및 작동 효율의 관점에서 매우 불리하다.
내부에 배치되는 가열 코일 또는 다른 가열 요소를 제오라이트 베드 자체에 제공하는 것은 문제가 되는데, 왜냐하면 원하는 바의 균일한 아르신 가스 해제를 달성하기 위하여, 상기 수단을 이용하여 제오라이트 층을 균일하게 가열하는 것이 어렵기 때문이다.
격납 용기에서 제오라이트 베드를 통과하는 가열된 캐리어 가스류를 사용하면 전술한 문제를 극복할 수도 있지만, 상기 가열된 캐리어 가스에 의해 아르신을 탈리시키는 데 필요한 온도는 바람직하지 않게 높을 수 있고, 그렇지 않으면 아르신 가스의 최종 용도에 부적절할 수 있으므로, 상기 분배되는 가스의 최종 용도에 맞게 조절하기 위한 냉각 또는 다른 처리가 필요하다.
1996년 5월 21일에 글렌 엠. 탐(Glenn M. Tom) 및 제이스 브이. 맥매너스(James V. McManus)의 명의로 허여된 미국 특허 제5,518,528호에는, 예컨대 수소화물 가스, 할로겐화물 가스, V족 유기 금속 화합물과 같은 가스를 저장 및 분배하는 가스 저장 및 분배 시스템이 개시되어 있고, 이러한 시스템은 상기 놀뮬러의 특허에 개시된 가스 공급 공정의 여러 단점을 극복한다.
상기 톰 등의 특허에 개시된 가스 저장 및 분배 시스템은, 고상의 물리적 흡수제를 수용하는 저장 및 분배 용기를 구비하고 이 용기 안팎으로 가스를 선택적으로 유동시키도록 배열되어 있는 가스 저장 및 분배용 흡수-탈리 장치를 포함한다. 상기 흡수제에는 흡수성(sorbate) 가스가 물리적으로 흡수된다. 분배 조립체를 상기 저장 및 분배 용기와 가스 유통되게 연결하고, 상기 용기의 외부에 용기의 내부 압력보다 낮은 압력을 제공하여, 고상의 물리적 흡수제 매체로부터 흡수성 가스를 탈리시키고 이 탈리된 가스를 분배 조립체를 통해 유동시킨다. 탈리 공정을 증대시키기 위해 가열 수단을 사용할 수 있지만, 전술한 바와 같이 가열을 하게 되면, 흡수/탈리 시스템에 여러 단점이 수반되므로, 압력 차이를 매개로 하여 흡수성 가스를 흡수제 매체로부터 해제하여 적어도 부분적으로 탈리가 이루어지게 상기 톰 등의 시스템을 작동시키는 것이 좋다.
상기 톰 등의 특허에 개시된 저장 및 분배 용기는 고압 가스 실린더를 사용하는 종래 기술에 비하여 실질적인 개량을 이루었다. 종래의 고압 가스 실린더는 그 내부의 압력이 허용 가능한 한계를 넘어서게 되면, 실린더가 파열되고 원하지 않게도 가스가 실린더로부터 다량 방출될 뿐만 아니라, 손상되거나 오작동하는 조정기 조립체로 인해 누출이 초래될 수도 있다. 이러한 과압은, 예컨대 실린더의 내부 가스 압력을 급증시키는 가스의 내부 분해(internal decompostion)로부터 유발될 수 있다.
따라서, 톰 등의 특허에 개시된 가스 저장 및 분배 용기는 저장된 흡수성 가스를 캐리어 흡수제, 예컨대 제오라이트 또는 활성화된 탄소 물질에 가역적으로 흡수시킴으로써, 상기 가스의 압력을 감소시킨다.
유체의 벌크 저장 및 분배 시스템이 매우 유익하고, 기존의 고압 저장 탱크는 그 탱크의 누출 및 파열에 대하여 상당한 위험 및 안전성의 문제가 나타나는 많은 산업 용례가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고압 저장 및 분배용 탱크를 이용하는 종래 기술의 전술한 단점을 극복하는 유체의 벌크 저장 및 분배 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적 및 장점들은 명세서를 통해 보다 분명해질 것이다.
본 발명은 유체의 벌크 저장 및 분배 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 흡수성 유체를 유지하기 위한 고상의 물리적 흡수제 물질을 수용하는 저장 및 분배 용기와, 그 저장 및 분배 용기에 연결되는 이동 수송 조립체를 포함한다. 저장 및 분배 용기는 저장의 경우 유체를 용기 안으로, 분배의 경우 유체를 용기 밖으로 선택적으로 유동시키도록 구성된다. 고상의 물리적 흡수제 매체에 물리적으로 흡수되는 흡수성 유체를 압력차 탈리 및/또는 열 탈리에 의해 선택적으로 탈리시켜, 용기가 이동 수송 상태에 있거나 및/또는 정지 상태에 있을 때 가스를 분배할 수 있다.
특별한 소정 양태에서, 본 발명은 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템에 관한 것인데, 그러한 장치는,
고상의 물리적 흡수제 매체를 수용하고 유체를 선택적으로 용기의 안팎으로 유동시키도록 구성되고 배열되는 저장 및 분배 용기와;
이 저장 및 분배 용기에 배치된 고상의 물리적 흡수제 매체와;
이 고상의 물리적 흡수제 매체에 물리적으로 흡수되는 흡수성 유체와;
상기 저장 및 분배 용기에 구조적으로 연결되어 그 용기를 이동 수송하는 이송 수단 조립체를 포함한다.
이러한 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템은 저장 및 분배 용기와 가스 유통되게 연결된 충전 및 분배 조립체를 더 포함하며, 이 조립체는 압력차를 매개로 한 탈리, 농도차를 매개로 한 탈리, 및/또는 열을 매개로 한 탈리 과정을 통해 고상의 물리적 흡수제 매체로부터 흡수성 유체를 탈리시키고, 탈리된 유체를 분배 조립체를 통해 유동시키도록 구성 및 배열되어 있다.
본 명세서에 사용된 "압력차를 매개로 한 탈리"이라는 용어는 흡수제 물질에 흡수된 유체가 그 흡수제 물질로부터 탈리되게 하는 압력 조건 하에서 행해지는 탈리를 의미한다. 그러한 압력 조건은 흡수제 물질의 베드를 수용하는 용기 내부에 있어서 흡수제 주변의 환경과 용기 외부의 환경 사이의 압력차를 포함할 수도 있다. 따라서, 내부 용적이 비워지는 용기의 외부 압력 조건 보다 높은 압력 조건으로 용기가 흡수제 물질 베드를 수용한다면, 가스는 용기 내부로부터 외부 위치로 유동되고, 용기 내부 용적내의 흡수제 물질로부터 탈리될 것이다.
본 명세서에 사용된 "열을 매개로 한 탈리"이라는 말은 흡수제 물질이 가열될 때 그 흡수제 물질로부터 유체가 탈리되는 것을 의미한다.
본 발명의 실시에 있어서 흡수된 유체를 흡수제 물질로부터 탈리시키는 것은 임의의 적절한 방법으로 행해질 수 있으며, 압력차를 매개로 한 탈리(흡수된 유체를 함유한 흡수제 물질을 수용하는 용기를 펌핑 또는 강제 흡입함으로써 행해짐), 농도차를 매개로 한 탈리(유체의 탈리 및 반출을 위해 용기를 통해 캐리어 가스를 유동시킴으로써 실행될 수 있다), 및/또는 열을 매개로 한 탈리를 포함할 수 있다.
본 발명의 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템은, 특정 실시예에서 저장 및 분배 용기 내에 수용된 가열/냉각 코일을 더 포함할 수도 있으며, 이 코일은 열교환 유체의 공급원에 회로를 형성하는 관계로 연결된다. 열교환 유체는, 예컨대 고상의 물리적 흡수제 매체를 냉각시켜 흡수도를 향상시키는 냉각제를 포함하거나, 탈리를 열적으로 돕기 위해 고상의 물리적 흡수제 매체를 가열하는 가열된 유체를 포함할 수 있다.
본 발명의 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템은 임의의 적절한 타입일 수 있다. 예를 들면, 저장 및 분배 용기의 이동 수송을 위한 바퀴 또는 타이어를 포함하는 것일 수 있으며, 예컨대 저장 및 분배 용기의 이동 수송을 위한 바퀴달린 평상형 트레일러일 수 있다. 다른 예를 들면, 저장 및 분배 용기는 상기 평상형 트레일러에 탈리 가능하게 장착될 수 있다. 또 다른 예를 들면, 저장 및 분배 용기의 이동 수송을 위한 궤도 차량, 로켓 조립체, 선박, 바지(barge) 등이 있다. 특정 양태에서, 가스 저장 및 분배용 시스템은 로켓 조립체의 일부분을 구성할 수 있으며, 이 조립체에서 저장 및 분배 용기는, 예컨대 로켓의 추진단의 부품 또는 기타 구성 구조물이나 그 부품을 형성할 수 있는 케이싱을 구성한다.
본 발명의 이송식 유체 저장 및 분배용 시스템에서, 이송 수단 조립체에는 복수 개의 저장 및 분배 용기가 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는, 압력을 매개로 한 탈리, 농도차를 매개로 한 탈리, 및/또는 열을 매개로 한 탈리 과정을 통해, 흡수제 물질로부터 탈리될 수 있는 소정의 유체에 대해 흡수 친화력을 갖는 흡수제 물질을 수용하는 용기와, 이 용기가 장착되는 이송 수단 조립체와, 이 이송 수단 조립체에 탑재된 온보드(on-board) 냉각원과, 상기 이송 수단 조립체에 탑재된 온보드 가열원과, 상기 온보드 냉각원과 온보드 가열원을 각각 이용하여 용기내의 흡수제 물질을 선택적으로 냉각 및 가열하는 수단을 포함하는 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템에 관한 것이다.
예컨대, 이러한 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템은 우주 비행체, 튜브 트레일러 유닛, 또는 기타 이동 수송 구조체로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명의 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템은 반도체 제조 공장과 같은 고정된 사용 설비에 연결된다. 따라서, 예를 들면 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템을 구성하는 튜브 트레일러 유닛은, 반도체 제조 공장으로 운반되고 공장내 기본 시설과 연결된 설비에 주차됨으로써 그 설비에 대한 벌크 공급원으로서 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템을 구성할 수 있다. 그러한 벌크 공급원 장치는 실란과 같은 유체를 반도체 제조 공장에 저장 및 분배하는데 유익하다.
저장 및 분배 시스템에서 흡수제 매체는 임의의 흡수제 물질을 포함할 수 있다. 바람직한 흡수제로는 공극 크기가 약 4 내지 13Å인 결정질 알루미노실리케이트 조성물이 있으나, 공극 크기가 그보다 커서 약 20 내지 40Å인 이른바 중간 공극의 결정질 알루미노실리케이트 조성물도 역시 본 발명의 넓은 용례에서 잠재적으로 유용하게 이용된다.
그러한 결정질 알루미노실리케이트 조성물의 예를 들면 5A 분자체 (molecular sieve), 바람직하게는 결합제 없는 분자체가 있다.
예컨대, 미국 뉴욕 소재의 쿠레하 코포레이션(Kureha Corporation)에서 시판하는 BAC-MP, BAC-LP, BAC-G-70R 등과 같은 매우 균일한 구형 입자 형상의 소위 비드(bead) 활성화 탄소가 탄소 흡수제 물질로 유용할 수 있다.
많은 경우에 있어서 탄소 흡수제 및 결정질 알루미노실리케이트와 같은 분자체(molecular sieve material)가 선호되지만, 고상의 물리적 흡수제 매체는 실리카, 알루미나, 대형 망상(macroreticulate) 중합체, 규조토 등과 같은 그 밖의 물질을 유용하게 포함할 수 있다.
흡수제 물질은 가스 저장 및 분배 장치의 시스템의 성능에 해를 끼치는 미량 성분을 함유하지 않도록 적절히 가공 또는 처리될 수 있다. 예컨대, 탄소 흡수제는 금속과 산화물 전이 금속종과 같은 미량 성분이 충분히 배제되도록 플루오르화수소산에 의해 세척 처리될 수 있다.
본 발명의 형태는, 예컨대 용기의 선적용 컨테이너를 포함하여 다양할 수 있다. 본 발명의 벌크 운송 수단 조립체는 유체 분배 조립체를 구비하거나 구비하지 않은 저장 및 분배 용기를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 장치는 고유의 또는 "탑재된" 분배 조립체를 구비할 수 있거나, 또는 분배 수단은 특성상 고정적이며, 벌크 저장 및 분배 조립체를 포함하는 이송 수단이 상기 고정적인 분배 조립체가 자리하고 있는 곳으로 이동될 때에만 적절히 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 유체의 저장 및 분배를 위해 유용하게 이용될 수 있는 저장 및 분배 용기와 관련 유동 회로를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 트레일러 장착식 유체 저장 및 분배 시스템의 개략적인 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 저장 및 분배 시스템을 포함하는 철도 열차의 개략적인 사시도.
도 4는 산화 가능한 연료 성분을 벌크 저장 및 분배 용기내에 흡수된 가스로서 포함하고 있으며, 연료와 산화제 모두를 높은 효율로 분배하는 것을 돕도록 산화제 시스템과 작동식으로 통합되어 있는 우주 비행체를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 저장 및 분배 용기를 포함하고 있는 바지 조립체의 개락적인 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 저장 및 분배 용기를 포함하고 있는 선박을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 벌크 운송 수단 조립체를 구성하는 튜브 트레일러와 상호 연결된 반도체 제조 설비의 일부를 개략적으로 보여주는 사시도.
본원에 참조로 설명된 미국 특허 및 특허 출원은 다음과 같다.
미국 특허 출원 제08/809,019호(1997.4.11);
미국 특허 제5,518,528호(1996.5.21);
미국 특허 제5,704,965호(1998.1.6);
미국 특허 제5,704,967호(1998.1.6);
미국 특허 제5,707,424호(1998.1.13);
미국 특허 출원 제08/859,172호(1997.5.20);
미국 특허 출원 제09/002,278호(1997.12.31).
이하의 명세서중에서, 본 발명은 흡수성 유체로서 가스와 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명은 액체, 가스, 증기 및 복합상(相)의 유체에 대해 광범위하게 적용될 수 있으며, 단일 성분의 유체는 물론 유체 혼합물의 저장 및 분배도 고려하는 것으로 이해될 것이다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 저장 및 분배 용기(12)를 포함하는 저장 및 분배 시스템(10)을 개략적으로 보여주고 있다. 예컨대, 저장 및 분배 용기는 길이가 긴 통상의 가스 실린더 컨테이너를 포함할 수 있다. 그러한 용기의 내부 용적에는 적절한 흡수제 매체(16)의 베드(14)가 배치된다.
용기(12)의 상단부에는 포트(19)에서 실린더(12)의 본체와 연결되는 통상의 유체 분배용 실린더 헤드 조립체(18)가 마련된다. 유체는 포트(19)를 통해서 실린더의 내부 용적(11)으로부터 분배용 조립체(18)로 유동될 수 있다. 실린더 헤드로부터 유체내에 미립 고체가 반출되는 것을 방지하기 위해, 포트(19)에는 프릿(frit) 또는 기타 필터 수단이 설치될 수 있다.
용기(12)에는 흡수성 유체의 탈리를 열적으로 돕는 작용을 하는 가열 코일(25)과 같은 내부 가열 수단이 마련될 수 있다. 그러나, 흡수성 유체는 흡수된 유체를 수용하는 저장 및 분배 용기로부터 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 압력차를 매개로 한 탈리에 의해 분배된다. 그러한 압력차는 저장 및 분배 용기와 외부 분배 환경 또는 사용 장소 사이의 유통에 의해 성립될 수 있다.
흡수제 매체(16)는, 용기(12)에 저장된 후 용기로부터 분배되는 유체에 대해 흡수 친화력을 갖는 임의의 적절하고 효과적인 흡수 물질을 포함할 수 있으며, 흡수성 유체는 상기 흡수 물질로부터 적절하게 탈리될 수 있다. 이러한 흡수제로는 공극 크기가 약 4 내지 13Å인 미소 공극 알루미노실리케이트 조성물과, 공극 크기가 약 20 내지 40Å인 중간 공극의 결정질 알루미노실리케이트 조성물과, 미국 뉴욕 소재의 쿠레하 코포레이션에서 시판하는 BAC-MP, BAC-LP, BAC-G-70R 등의 매우 균일한 구형 입자 형상의 비드(bead) 활성화 탄소와 같은 탄소 흡수제 물질과, 실리카와, 알루미나와, 대형 망상 중합체와, 규조토 등이 있다.
흡수제 물질은 유체 저장 및 분배 시스템의 성능에 해를 끼치는 미량 성분을 확실히 함유하지 않도록 적절히 가공 또는 처리될 수 있다. 예컨대, 흡수제는 금속과 산화물 전이 금속종과 같은 미량 성분이 충분히 배제되도록 플루오르화수소산에 의해 세척 처리될 수 있다.
흡수제는, 저장된 후에 분배되도록 되어 있는 유체에 대해 흡수 친화력을 갖고 분배 작업에 대해 만족스러운 탈리 특성을 갖는 유용한 흡수제 물질의 입자, 과립, 압출물, 분말, 천(cloth), 웨브 재료, 하니콤이나 기타 단일 형상체, 복합체 등의 형태로 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 이후에 분배되는 가스의 흡수 및 탈리와 관련해서는, 압력차에 의해서만 작동되는 것이 대개 바람직하지만, 본 발명의 시스템은 몇몇 경우에 있어 가열기를 유익하게 채용할 수 있다. 여기서 가열기는 고상의 물리적 흡수제 매체를 선택적으로 가열하도록 저장 및 분배 용기에 대해 작동적으로 배열되어, 고상의 물리적 흡수제 매체로부터 상기 흡수된 유체의 열에 의해 강화된 탈리가 이루어진다.
다른 대안으로서, 흡수제의 베드를 통해 캐리어 가스가 유동하여 일어나는 것인 농도차에 의해 흡수제 매체로부터 가스를 탈리시키는 것이 바람직할 수 있는데, 여기서 농도차는 흡수제로부터 가스를 탈리하는 것과, 캐리어 가스류에 가스를 반출하는 것을 매개하는 작용을 한다.
예를 들면, 도 1의 실시예에서, 저장 및 분배 용기(12)의 하부에 포트(32)가 마련된다. 이 포트는 캐리어 가스를 수용하는 용기 또는 저장조 등과 같은 캐리어 가스 공급원(28)에 캐리어 가스 공급 라인(30)을 통해 연결된다. 캐리어 가스는 아르곤, 질소, 헬륨 등과 같은 불활성 가스나, 또는 흡수성 가스의 탈리를 위한 소망의 질량 이송 구동력을 제공하는 기타 임의의 적절한 가스종을 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 포트(32)로부터 흡수제의 베드와 포트(19)를 지나 분배용 조립체(18)로 유동된다.
도 1의 유체 저장 및 분배 용기는, 이하에 본 발명의 다양한 실시예에서 설명되는 이송식 유체 벌크 저장 및 분배 시스템의 구성 요소 또는 부분 조립체로서 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 용기의 특징을 나타내고 있다.
선택적으로, 본 발명의 장치는 흡수성 유체의 분해 생성물과 같은 오염물에 대해 흡수 친화력을 갖는 화학 흡수제 물질과 함께 고상의 물리적 흡수제 매체가 저장 및 분배 용기내에 존재하는 상태로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 트레일러 장착식 유체 저장 및 분배 시스템(200)의 개략적인 사시도이다. 저장 및 분배 시스템(200)은 저장되고 선택적으로 용기로부터 분배되는 유체에 대해 흡수 친화력을 갖고 적절한 탈리 해제 특성을 갖는 적절한 흡수제 물질의 흡수제 베드(206)를 수용하는 저장 및 분배 용기(204)를 포함한다. 흡수제 베드에는, 이후에 사용될 때까지 저장되도록 적재되는 흡수성 매체가 수용된다. 용기(204)는 흡수성 유체를 보유하고 흡수제 베드로부터 조기에 탈리되는 것을 최소화하도록, 그 안의 흡수제를 예정된 온도 조건으로 유지하기 위해, 단열되거나, 냉각되거나, 또는 그 밖의 방법으로 구성 및 배열되는 컨테이너 형태이다.
용기(204)를 구성하는 컨테이너는 흡수성 유체를 흡수제 베드(206) 안으로 초기 도입하기 위한 칼라(216)를 구비한 충전 포트(214)와, 압력차, 농도차 및/또는 열적 지원을 받는 탈리 조건에 의해 흡수성 유체를 흡수제 베드로부터 탈리함으로써 흡수성 유체를 분배하기 위한 칼라(220)를 구비한 방출 포트(218)를 포함하는 충전/분배 모듈(212)을 구비한다. 이 점에서, 컨테이너는 베드에 가열/냉각 코일(203)을 구비하며, 코일의 외부 커플링 단부(226, 228)은 열교환 유체 공급원에 회로를 형성하는 방식으로 연결될 수 있다.
열교환 유체는, 흡수성 유체가 충전 포트(214)를 통해 흡수제 베드 안으로 초기에 도입될 때, 흡수성 유체의 흡인에 의한 흡수 작용의 열을 상쇄시키거나 개선시킴으로써, 흡수성 유체의 흡인을 최대화하도록 베드를 냉각시키는 냉각제를 포함할 수 있다.
별법으로서, 열교환 유체는 분배시 베드를 가열하는 고온 유체를 포함하여 탈리 과정을 열적으로 지원함으로써, 방출 포트(218)를 통해 유체가 배출되게 한다.
도시된 바와 같이, 컨테이너 용기(204)는 바퀴달린 평상형 트레일러(210)에 장착되는데, 이 트레일러는 컨테이너 용기와 평상을 구비한 트레일러 부분을 트랙터(201)에 연결하여 상기 예시된 트랙터-트레일러 조립체를 형성하는 연결 구조물(207)을 구비한다. 몇몇 경우에 있어서, 컨테이너 용기는 평상에 착탈 가능하게 고정되어, 컨테이너 용기가 평상형 트레일러(210)상에서 일체로 분리되거나 설치될 수 있도록 하는 것이 유용할 수 있다. 예컨대, 컨테이너 용기는 평상형 트레일러(210)로부터 분리되어, 대양 또는 연안 출하용 선박이나 바지에 컨테이너로 수송되는 화물로서 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 저장 및 분배 시스템을 포함하는 궤도 차량(300)을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시된 궤도 차량(300)은 컨테이너 용기(302)를 구성하는 둘레 벽, 상부 및 바닥 부재 내에 흡수제 베드(304)를 구비하고 있으며, 상기 용기는 기밀하게 밀봉되거나 그렇지 않으면 주변 환경에 대해 누설 방지 처리될 수 있다.
궤로 차량(300)은 충전 포트(320)와 분배 포트(322)를 포함하는 충전/분배 모듈(319)을 상부 벽 부재 상에 구비하는 것을 특징으로 한다. 궤도 차량은 통상적인 유개 화차 구조를 가지며, 기관차나 기타 구동 수단에 동력적인 관계로 연결되어 트랙(310)을 따라 이동되도록 구성되어 있는 도시된 바와 같은 휠 조립체(306, 308)에 설치된다.
운송용 유체 저장 및 분배 시스템은 선택적으로 펌프 및 콤프레서 장치를 포함하여, 임의의 장치로의 전달용인 콤프레서 안으로 흡수성 유체를 전달 또는 펌핑한다. 보다 소형이면서 이동 가능한 저장 탱크를 포함할 수도 있는데, 이 저장 탱크는 보다 큰 용기로부터 재충전되어, 주어진 최종 용도에 따른 필요에 의해 사용될 수 있다.
도 4는 우주 비행체의 평면도로서, 산화 가능한 연료 성분을 벌크 저장 및 분배 용기에 흡수되는 가스로서 포함하고 있으며, 용기는 연료와 산화제 모두를 매우 효율적으로 분배하는 것을 돕도록 산화제 시스템과 작동적으로 통합되어 있다.
예시된 바와 같이, 우주 비행체(400)는 측방으로 연장하는 날개(420)가 장착되는 비행체 본체 부분(410)을 포함한다. 비행체의 후방 부분에는 엔진(460)의 노즐(422)이 있으며, 이 노즐에는 비행체의 추진 작동시 액체 산소 기화기(425)에 연결된 저온 액체 산소 탱크(424)로부터 산화제 공급 라인(426)을 통해 산화제가 공급된다.
비행체가 추진 작동되는 중에 엔진(460)은 동시에 저장 및 분배 용기(430)로부터 연료를 공급받으며, 이 용기는 연료를 구성하는 가스에 대하여 선택적인 흡수 친화력을 갖는 흡수제 베드를 수용하도록 구성된다.
저장 모드에서, 연료 가스는 흡수제 물질에 흡수 상태로 유지되며, 베드(도시 생략) 내의 흡수제는 용기(430)의 흡수제 베드 내에 배치된 열교환 코일(432)을 통해 액체 산소를 순환시킴으로써 저온 냉각된다. 이러한 냉각은 액체 산소 펌프(436)의 작용에 의해 액체 산소를 액체 산소 탱크(424)로부터 라인(434)를 통해 유동시킴으로써 수행된다. 라인(434)에는 산소의 유동이 필요한 경우 개방되는 유동 조절 밸브(438)가 설치된다.
그에 따라, 액체 산소는 흡수제 베드를 수용하는 용기의 열교환 코일(432) 안으로 또 그 코일을 통해 유동되며, 제어 유닛(440)에 의해 작동적으로 제어되는 라인(429)의 액체 산소 탱크로 복귀된다.
제어 유닛은 냉각 코일로부터 탱크(424)까지의 산소의 흐름을 순환 또는 차단하도록 선택적으로 개폐 가능한 유동 조절 밸브를 구비할 수 있다. 또한, 제어 유닛은 흡수제 베드의 냉각시 액체 산소에 의해 얻어진 열 이득이 액체 산소의 기화를 일으키는 경우에 산소를 재액화하기 위해 응축기 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 액체 산소가 냉각 코일(432)에서 기화되면, 생성된 냉각 산소 가스는 압력 형성 회로의 일부로서 채용되어, 탱크(424)로부터 기화기(425)와 연료가 산화되는 비행체의 엔진까지 상기 액체 산소를 정압(positive-pressure) 펌핑하는 것을 돕는다. 별법으로, 기화된 산소는 연료 가스와의 혼합을 위해 냉각 코일(432)로부터 엔진까지 간단하게 유동될 수 있다.
연료 용기가 저장 모드에서 분배 모드로 전환되면, 액체 산소에 의한 냉각은 밸브(438)[및 제어 유닛(440)내의 밸브]를 폐쇄시키는 것에 의해 종료되며, 제어 유닛(444, 450)은 내장된 밸브를 개방시킨다. 그런 다음, 노즐(422)로부터의 고온 유체가 제어 유닛(444)에 의해 펌핑되어, 라인(442)과 입력 라인(446)을 지나 열교환 코일(432)로 펌핑되어 유동된다. 그 후, 열교환 코일(432)을 통과한 고온 유체는 배출 라인(448)으로 배출되고, 제어 유닛(450)과 분기 라인(452)을 지나 유동로(428)를 통과하며, 이 유동로에서 비행체의 엔진(460)으로 재순환된다.
용기에서 흡수제 베드를 이와 같이 가열하는 중에, 흡수제는 흡수 상태로 유지된 연료를 방출하며, 그 연료는 용기(430)로부터 유동로(428)로 배출되고, 재순환 고온 유체와 함께 엔진(460)으로 유동되어, 산화 매체인 산소 가스의 존재하에 산화된다.
이러한 구성에 의해, 연소 가스의 열 효율이 회복되고 흡수제 베드의 가열에 이용되어 흡수제 매체로부터 연료를 탈리시키게 된다. 연소 가스는 매우 고온이기 때문에, 이용되는 흡수제 물질에 대해 매우 강한 흡수 친화력을 갖는 가스를 연료 매체로서 사용할 수 있다. 또한, 흡수성 물질은 액체 산소에 의해 극저온 온도영역까지 냉각되기 때문에, 연료 가스의 다량 적재가 가능하여 경제적으로 비행체를 작동시킬 수 있다.
도 5는 저장 및 분배 용기의 어레이(504)를 포함하는 바지 조립체(500)의 개략적인 사시도이다. 이 실시예에서, 바지(502)에는 바지의 상부 데크면에 고정되는 복수 개의 저장 및 분배 용기(506, 508, 510)가 장착되어 있다. 각 용기(506, 508, 510)는 매니폴드(520)에 각기 연결되고, 이 매니폴드는 다시 펌프(512), 배출 라인(514) 및 커플링(516)을 포함하는 펌프 조립체에 연결된다. 커플링(516)은 바지에 설치된 저장 및 분배 시스템이 용기(506, 508, 510)내의 흡수제 베드에 유지된 흡수성 가스의 최종 사용 설비에 연결시키는 역할을 한다.
도 6은 본 발명에 따른 저장 및 분배 용기(602)를 포함하는 선박(600)을 개략적으로 도시한 도면이다. 용기(602)는, 예컨대 하천수의 유해한 수질을 처리하는데 효용이 있는 흡수성 가스를 포함할 수 있다. 용기(602)는 탈리된 흡수성 가스를 용기로부터 분배하기 위한 노즐(606)을 포함하는 분배 조립체(604)에 연결된다. 이를 위해, 분배 조립체는 밸브 및 유동 조절기 요소와, 상기 용기(602)로부터의 가스 유동을 관측 및/또는 제어하기 위한 그 밖의 수단을 포함할 수 있다.
도 7은 반도체 제조 설비(702)의 일부를 개략적으로 도시하고 있는데, 이 설비는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 벌크 운송 수단 조립체(700)를 구성하는 튜브 트레일러에 연결된 커플링 조립체를 포함하고 있다.
반도체 제조 설비(702)는 콘크리트 패드(714)나 그 밖의 지지 기반에 설치된 수용 스테이션(712)을 포함한다. 수용 스테이션(712)은 서지(surge) 탱크 또는 홀드-업(hold-up) 용기와, 흡수된 유체의 압축용 콤프레서와, 온도, 압력 및 유량 관측 장비와 같은 공정 제어 장치와, 유동 제어 밸브와, 질량 유량 제어기와, 차단 밸브 등을 포함하도록 다양하게 구성될 수 있다. 수용 스테이션(712)은 매니폴드 도관(718)에서 종결되는 배출 도관(716)에 연결되어 있다. 매니폴드 도관은 도시된 바와 같이 분기 도관(720, 722, 724, 726, 728)과 연통되어 있다. 따라서, 그러한 매니폴드 조립체는 유체를 수용 스테이션(712)으로부터 반도체 제조 설비(702)의 여러 위치로 분배하는 역할을 한다.
수용 스테이션(712)은 커플링 호스(710)를 매개로 하여 펌프 조립체(708)에 연결된다. 펌프 조립체(708)는 튜브 트레일러(700)의 베드(706)에 장착되며, 공급관(707)을 매개로 하여 유체 저장 및 분배 용기(704)에 유통식으로 연결되는데, 상기 용기도 역시 튜브 트레일러의 베드(706)에 장착된다.
튜브 트레일러(700)는 바퀴를 구비하고 운송용 트랙터-트레일러 유닛을 구성하는 트랙터 유닛(도 7에 도시되지 않음)에 상호 연결되도록 되어 있는 이동 트레일러 구조체이다.
튜브 트레일러(700)는 베드(706)에 장착된 가열/냉각 유닛(705)을 구비한다. 가열/냉각 유닛(705)은 용기(704)에 대해 작동적으로 배치되어 용기 내의 고상의 물리적 흡수제 매체의 베드를 선택적으로 가열 또는 냉각시킨다. 몇몇 경우, 냉각 유닛만을 사용하는 것도 바람직할 수 있다. 별법으로, 냉각 수단이나 가열 수단을 사용하지 않고, 용기(704)를 중간에 단열재를 사용한 이중벽 구성으로 함으로써 물리적 흡수제 매체의 베드 내의 유체가 주변 온도 조건과 온도 변화에 그다지 영향을 받지 않도록 하는 것도 바람직할 수 있다.
튜브 트레일러(700)는 예시된 예에 따라 활성화 탄소 입자의 베드를 포함할 수 있는데, 이 활성화 탄소 입자의 베드는 저장된 후 상기 튜브 트레일러의 용기내에 있는 활성화 탄소 베드로부터 방출되는 유체로서 실란을 흡수 함유하고 있다. 튜브 트레일러 용기에는 베드에 흡수 유지될 실란이 초기에 충전되고, 그 후 튜브 트레일러는 튜브 트레일러와 함께 트랙터-트레일러 유닛을 형성하는 트랙터 유닛에 의해 반도체 제조 설비(702)로 운송된다. 그 설비에서, 트랙터는 튜브 트레일러로부터 분리된다. 분리된 튜브 트레일러는 반도체 제조 설비의 적정 위치에 남겨지며, 도시된 커플링 호스(710)에 의해 수용 스테이션(712)에 연결된다.
그 후, 튜브 트레일러는 반도체 제조 설비용 실란 가스의 고정 공급원으로서 기능한다. 실란 가스는 필요한 경우, 펌프 조립체(708)와 수용 스테이션(712)의 콤프레서에 의해 저장 및 분배 용기로부터 인출되며, 따라서 튜브 트레일러는 설비의 실란 공급원으로서 오랜 시간동안 적소에 유지될 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 현재 통상적으로 사용되고 있는 과정인 소형의 실란 가스 수용 실린더의 수송, 설치, 사용, 교환, 및 처분의 과정을 배제할 수 있다. 소형 실린더 내의 고압 실란 가스를 이용하는 현재의 처리 과정은 상당한 안전상의 위험을 내포하고 있는데, 이러한 위험은 예시적으로 도시되고 설명된 실시예의 튜브 트레일러에서 저압(예를 들면, 거의 대기압 수준)의 실란 가스 공급원을 사용하는 것에 의해 실질적으로 배제된다.
본 발명의 일반적인 실시에 있어서, 물리적 흡수제 매체에 저장 후 그로부터 탈리되어 분배되는 유체는 임의의 적절한 가스종을 포함할 수 있으며, 주어진 용례에서 물리적 흡수적 매체는 상기 적절한 가스종에 대해 적정의 흡수 친화력을 갖는다. 예를 들면, 그러한 가스는 도핑 및 이온 주입, 에피텍셜 성장, 에칭, 화학 기계적 평탄화, 리소그래피, 공정 장비 세정 등에 유용한 가스를 포함하는 반도체 제조 작업에 유용한 가스종을 포함할 수 있다. 특정 가스종으로는 아르신, 포스핀, 암모니아, 셀렌화 수소, 텔루르화 수소, 스티빈, 3염화 붕소, 3불화 붕소, 디보란, 염화수소, 불화수소, 브롬화수소, 염소, 2불화 크세논, 실란, 화학 증착용 유기 금속 유체 등이 있다.
전술한 바 있지만, 본 발명의 저장 및 분배 용기는 흡수제 물질에 흡수 유지되고 그로부터 쉽게 탈리되는 다양한 종류의 흡수성 유체 중 임의의 것을 벌크 저장 및 분배하기 위해 여러가지 다양한 형태를 취할 수 있으며, 그러한 유체는 광범위한 적정의 흡수제 매체중 어떤 것으로도 구성될 수 있다.

Claims (35)

  1. 휠(wheel) 상에 장착된 벌크 운송 컨테이너(bulk transport container)를 포함하고, 유체를 물리적으로 흡수된 상태로 보관함으로써 운송 수단의 수송 동안에 유체가 그로부터 분배되지 않고 저장되도록 하는 물리적 흡수제 물질(physical adsorbent material)을 포함하는 벌크 운송 수단(bulk transport vehicle)으로서,
    상기 벌크 운송 수단은, (1) 트랙터(tractor)에 연결 가능하여 트랙터-트레일러 조립체(tractor-trailer assembly)를 형성하는 트레일러 또는 (2) 궤도 차량 중의 어느 하나인 것인 벌크 운송 수단.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벌크 운송 수단은, 트랙터에 연결 가능하여 트랙터-트레일러 조립체를 형성하는 트레일러를 포함하는 것인 벌크 운송 수단.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벌크 운송 수단은 궤도 차량을 포함하는 것인 벌크 운송 수단.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벌크 운송 수단은, 트랙터에 연결 가능하여 트랙터-트레일러 조립체를 형성하는 트레일러를 포함하며,
    상기 물리적 흡수제 물질은 탄소 흡수제 물질(carbon adsorbent material)을 포함하고, 상기 탄소 흡수제 물질에 실란(silane)이 물리적으로 흡수되는 것인 벌크 운송 수단.
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