KR20150040334A - 암모니아 저장 구조물 및 관련 시스템과 방법 - Google Patents

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Abstract

암모니아 저장 구조물(7)에 있어서, 상기 구조물은 적어도 한 개의 암모니아 저장층(71, 73), 및 저장층(71, 73)에 비해 높은 열전도도를 갖는 적어도 한 개의 열전도성 재료층(72)을 번갈아 포함하며, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층(72)은 상기 구조물 내에서 열이동을 증가시키기에 적합한 것임을 특징으로 하는, 선택적 촉매 환원법(SCR)에 의하여 질소 산화물(NOx)을 감소시키기 위한 암모니아 저장에 유용한 암모니아 저장 구조물 및 시스템과 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

암모니아 저장 구조물 및 관련 시스템과 방법{AMMONIA STORAGE STRUCTURE AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHOD}
본 발명은 일반적으로 선택적 촉매 환원법(SCR)에 의하여 질소 산화물(NOx)을 환원시키기 위한 것으로서, 구체적으로는 내연 기관, 특히 디젤엔진의 오염 물질의 배출을 감소시키기 위한 암모니아의 저장과 관련된 것이다.
운송에 관련된 오염 물질의 배출은 거의 30여 년간 산업 발전의 일급 동력이 되어 왔다. 4종의 규제 대상 오염 물질 (CO, HC, NOx, 분진)에 대한 배출 한도의 엄격성이 점점 높아짐에 따라, 특히 대도시에서 대기의 질이 크게 향상될 가능성이 제시되었다.
차량 이용의 꾸준한 증가는 이러한 오염 물질의 배출을 더 다량으로 더욱 감소시키기 위한 노력의 이행을 필요로 하고 있다. 유로 6 표준이 발효되는 단계의 범주 내에서 2014년에는 유럽 배출 기준치에 대한 허용량의 감소가 있을 것으로 기대된다. 이러한 단계는 국부(局部) 오염을 감소시키는데 목적을 두고 있다. 따라서, 모든 운전 조건에서의 고효율의 오염 제거 기술을 갖는다는 것은 운송 산업에 있어 주요한 도전 과제이다. 이와 관련하여, 희박 혼합 가스(lean mixture), 즉 과량의 산소를 함유하는 혼합 가스 중의 질소 산화물(NOx)을 감소시키는 것은 복잡한 문제와 관련된 중요한 도전 과제이다.
더욱이, CO2 배출에 직접 관련되는 연료 소모량은 수년 내에 차량의 주요 관심사의 대상으로 되기에 이르렀다. 따라서, 2012년부터 승용차의 CO2 배출에 관한 유럽 기준에 대한 규제가 수립되게 되었다. 이제, 이 허용치는 장차 수십년 중에 정기적으로 더 낮아질 필요성이 이미 대두되어 있다. 그러므로, 전체 운송 산업에 있어서의 새로운 성장 동력으로서 CO2을 감소시키는 일이 과제로 되어 있다.
이러한 이중의 문제, 즉 국부 오염 물질(NOx)의 감소 및 연료 소모량(CO2)의 감소 문제는 특히 디젤 엔진의 경우에 어려운데, 이는 디젤 엔진의 희박 혼합 가스의 연소에는 처리하기 어려운 NOx의 배출이 수반되기 때문이다.
이와 관련하여, SCR (선택적 촉매 환원법) 후처리 기술은 승용차 및 화물 차량 모두에 이용된다. 이때, 엔진을 최적의 수율의 운전 상태로 두는 것이 가능하며, 이때 고농도 NOx 배출은 SCR 시스템에 의하여 배기계(排氣系) 중에서 처리된다.
이러한 SCR 기술을 운용하려면, 질소 산화물을 환원시키기 위한 환원제를 차량에 탑재할 필요가 있다. 좋기로는 대형 트럭에 유지되는 상기 시스템에 환원제로서 우레아 수용액을 사용한다. 배기부 내에 주입되는 우레아는 배기 가스의 온도 효과에 의하여 분해되어 암모니아(NH3)가 되며, NOx는 특수 촉매상에서 환원이 이루어진다. 현재 순차적으로 상기 SCR 시스템을 운영하기 위하여 유지되며 표준화한 우레아 수용액은 AUS32 (유럽 내 상표명: Adblue®으로 표시된다).
그러나, 이러한 고효율의 방법은 곤란한 결점에 부딪치게 된다. 상기 방법은 추위(저온)에서는 효율이 제한되는데, 이러한 상황은 대다수의 경우, 특히 도시 버스에서 나타난다. 우레아 탱크는 그 질량과 부피가 매우 크며, 통상 승용차의 경우에는 10 내지 30 L이고, 대형 트럭의 경우에는 40 내지 80 L이다. 이러한 규격은 무엇보다도 차량이 소형이기 때문에 차량에 대한 결합을 복잡하게 만든다. 이는 차량의 연료 소비의 다량 손실과 이에 따른 CO2 배출의 다량 손실뿐만 아니라, 높은 오염 제거 비용을 발생시키는 결과가 초래된다.
여러 가지 저장 방법에 대한 대안(代案)들이 고안되어 왔다. 가압된 가스 형태로 암모니아를 저장하는 방법은 압축성(compactness)과 운전 안전성에 면에서 많은 결점들이 있다.
바람직한 방법으로서는, 저장 용기 내에 배치된 재료, 예컨대 염(鹽) 내부에 가스를 흡수시키는 방법이 있다. 이때, 암모니아 착염(ammoniate) 유형의 착물(錯物)을 형성함으로써 염의 내부에 암모니아 저장이 이루어진다. 이러한 종류의 저장법은 우레아 수용액에 비하여 다수의 장점들이 있다. 염의 내부에 저장하면 저장 탱크의 질량 및 부피가 현저히 줄어들게 된다. 또한, 일정의 암모니아 자체에 대한 환원제의 차량 탑재량이 현저히 줄어들기 때문에 CO2의 균형의 면에서 유리하다. 사실상, 종래 구성의 이른바 액체 SCR에서 우레아 희석용으로 공급되는 물의 추가량이 절약된다. 더욱이, 이러한 형식의 저장법은 고효율의 NOx의 냉간(冷間) 흡수법의 적용 가능성을 제공해준다. 나아가, 이러한 형식의 저장법은 암모니아의 공급 및 주입 시스템을 단순화할 수 있기 때문에, 생산 비용의 절감이 보장된다.
상기 저장 용기의 규격을 제한하기 위하여, 자동차 생산자들은, 예컨대 엔진의 관리 보수 중에, 또는 연료 탱크가 비었을 때, 또는 연료 탱크의 충전(充塡) 도중에 저장 용기를 충전하거나 교체하는 것을 선호한다. 승용차에 탑재되는 암모니아의 양은 6 kg 정도가 되게 되는데, 이 양은 AUS32형 우레아 용액 16 L와 동등한 것으로, 차량의 2회의 오일 교환 기간 주기 사이에 승용차의 자체 독립성을 보장할 수 있는 가능성을 제공한다. 각 사용 조건에서 질소 산화물을 처리하기 위한 암모니아를 계량(計量)하도록 조절되는 상기 시스템에 암모니아를 공급하기 위하여는, 예컨대 전기 가열 성분 또는 열전달 유체가 제공된다.
상기 저장 용기, 예컨대 카트리지가 비게 되면, 이를 가득 충전시킨 것으로 교체하고, 빈 것은 충전소(充塡所)로 반송한다. 이와 같은 방식으로, 상기 카트리지는 10 내지 15회의 비움/충전 주기를 반복할 수 있다.
저장소로부터 암모니아를 제거하는데 소비되는 평균 전력을 제한하기 위하여, 첨가제를 염 매트릭스에 추가할 수 있는데, 상기 첨가제는 염에 비해 훨씬 높은 열전도도를 가져서 가열 수단으로부터 열을 저장 재료 중심부에 전달할 수 있게 해준다. 이러한 첨가제는 통상 팽창형 천연 흑연일 수 있다.
더욱이, 상기 첨가제를 적당량 포함시키면 또 다른 유익들이 있다. 무엇보다도, 상기 첨가제가 존재하면 유지 보수시 암모니아 충전 과정을 가속화할 수 있다 (충전 시간 감소). 마지막으로, 상기 첨가제가 존재하면, 특히 카트리지의 잇따른 배출 및 충전 주기 중에, 시스템 내구성과 관련된 유익이 있을 수 있다.
사실상, 흡수 반응 중에, 저장 재료를 구성하는 고체염에 암모니아 가스가 결합되면 부피 증가가 수반되며, 그 결과 암모니아 착염은 순수한 염의 부피 보다 훨씬 큰 부피를 차지하게 된다. 흡수 후의 상기 염의 부피는 암모니아 무함유 염의 부피의 최대 4 내지 5 배까지 커질 수 있다. 상기 염의 부피 증가는 재료의 결정 격자의 팽창 때문만이 아니라, 분획화(分劃化) 때문이기도 하므로, 암모니아 착염의 미세 결정들 사이에 자유 공간이 남게 된다. 다공성 매트릭스의 팽창과 수축의 연속 과정은 국부적 소결 현상을 초래할 수 있는데, 이러한 현상은 기공률의 균질성 및 재료의 내구성 전반에 부정적 영향을 준다.
따라서, 저장 재료(염)와 첨가제를 최적으로 혼합하는 것이 시스템을 실행하는데 있어서 매우 중요하다. 이러한 혼합물을 얻는 공지된 방법은 저장 재료와 첨가제를 메탄올 중탕을 통하여 결합시키는 방법이다. 그러나, 이 방법은 자동차 대량 생산의 규모로 추정하면, 중간 물질, 즉 메탄올이 관여되고, 메탄올 중탕의 준비, 두 재료를 원하는 비율로 혼합하는 열역학적 조건의 준비, 조립체의 건조 및 제조된 매트릭스의 조정과 같은 여러 가지 추가 제조 단계 때문에 복잡하고 비용이 많이 듦이 증명되었다.
본 발명의 목적은 작동과 뛰어난 효율성을 가능하게 하는, 암모니아를 흡수하여 실제 저장하기 위한 재료를 포함하는 암모니아 저장용 매트릭스 구조물과 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
그 결과, 본 발명은 암모니아 저장 구조물을 제공하며, 상기 구조물은
적어도 한 개의 암모니아 저장층, 및
저장층에 비해 높은 열전도도를 갖는 적어도 한 개의 열전도성 재료층을 번갈아 포함하며, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 상기 구조물 내에서 열이동을 증가시키기에 적합한 것임을 특징으로 한다.
본 발명은 다음의 특성 중의 어느 하나를 단독으로 선택하거나, 이들 특성의 기술적으로 가능한 조합에 따라 유리하게 완성된다.
- 상기 암모니아 저장층 또는 각각의 암모니아 저장층은 분말염을 포함한다.
- 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 예비 압착 분말로 이루어진다.
- 적어도 한 개의 저장층은 경성 웨이퍼, 압착 또는 비압착된 것이다.
- 상기 열전도성 재료층의 수.
- 각 중간층은 인접한 층 또는 나머지 층들에 대하여 기계적으로 독립적이다.
- 각 층에 있어 2개의 인접한 층 사이가 전체적으로 상호 분리되는 것이다.
또한, 본 발명은 암모니아를 저장 및 배출하는 차량용 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 상술한 바와 같은 저장 구조물을 포함하는 저장 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음의 특성 중의 어느 하나를 단독으로 선택하거나, 이들 특성의 기술적으로 가능한 조합에 따라 유리하게 완성된다.
- 상기 구조물이 암모니아로 비포화된 상태에서 상기 열전도성 재료층과 용기의 벽 사이에 여유 간격이 보일 수 있도록, 및
최초 충진 단계에서 암모니아 저장으로 인한 적어도 한 개의 저장층의 부피 증가는, 상기 열전도성 재료층이 상기 여유 간격으로 발생한 자유 공간을 차지하여 형태가 변화됨으로써 보상될 수 있도록,
상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 상기 용기에 대비하여 규격이 정해진다.
- 상기 여유 간격은 용기의 벽과 열전도성 재료층의 측벽 사이에 위치한다.
- 상기 여유 간격은 열전도성 재료층의 가로 직경의 2 내지 30%이다.
- 상기 저장 구조물은 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층이 최종 충전 단계에서 압착 가능하도록 제조된 것이다.
- 일정 충전 조건에서 각 층은 일반적으로 용기 횡단면 전체에 걸쳐 팽창된다.
- 각 저장층에서 암모니아의 저장 및/또는 배출이 가능하도록, 상기 구조물은 대칭축을 따라 빈 공간을 나타낸다.
- 상기 구조물에 저장된 암모니아를 배출하기 위한 저장 구조물 가열 장치, 상기 가열 장치는 여러 개의 가열 모듈을 포함하며, 각 가열 모듈은 나머지 저장층과는 독립적으로 한 개의 저장층을 가열하도록 고안된 것이다.
- 상기 구조물은 용기 외부로부터 적어도 한 개의 저장층으로 암모니아를 이동시키고, 그 반대 방향으로도 이동시키기 위한 통로를 포함한다.
- 전술한 바와 같은 암모니아 저장 시스템과, 암모니아를 배기 가스로 주입하는 모듈.
또한, 본 발명은 전술한 바와 같은 암모니아 저장 구조물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은
압착되지 않은 염 또는 예비 압착된 염을 포함하는 저장층을 배치하는 단계;
예비 압착된 분말로 이루어진, 저장층에 비해 높은 열전도도를 갖는 열전도성 재료층을 배치하는 단계;를 포함하되,
상기 양단계를 반복하여, 저장층들과 그 사이에 끼어든 개재 열전도성 재료층(들)을 번갈아 포함하는 구조물을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 다음의 특성 중의 어느 하나를 단독으로 선택하거나, 이들 특성의 기술적으로 가능한 조합에 따라 유리하게 완성된다.
- 상기 배치 단계들은 저장 용기 내에서 수행된다.
- 제1 염층은 분말이며, 상기 방법은 분말염을 용기 내에 도입하여 한 개의 층을 형성하고 이 층을 플런저에 의해 성형하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 상기 저장층과 열전도성 재료층은 예비 조립된 후, 양층이 한꺼번에 용기 내에 배치된다.
- 상기 예비 조립은 접착에 의하여 및/또는 층들을 서로 압착하여 이루어진다.
본 발명의 다른 특성, 목적 및 장점은 하기 실시 상태의 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시 상태에 따른 암모니아가 주입된 SCR 후처리 시스템이 구비된 열기관을 도시한 것이다.
도 2a는 MgCl2 염층의 결정 구조를 도시한 것이다.
도 2b는 암모니아 분자를 도시한 것이다.
도 2c는 MgCl2(NH3)2 의 결정 구조를 도시한 것이다.
도 2d는 MgCl2(NH3)6의 결정 구조를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 현존하는 기술에 따라 분말 첨가제를 염에 첨가하는 과정을 도시한 것이다.
도　4a 내지 4h는 본 발명의 한 가지 실시 상태에 따른 저장 구조물을 제작하는 방법을 도시한 것이다.
도 5는 여유 간격을 갖는 저장 장치의 일부를 도시한 것이다.
표 1은 암모니아 착염의 이론적인 팽창비를 나타낸 것이다.
1) 염의 암모니아 화학흡착의 공지된 특성
a) 반응
저장 구조물 내에서, 분말염은 알칼리 토금속 염화물로부터 선택된다. 구체적으로 말하자면, 분말염은 다음 화합물, 즉 SrCl2, MgCl2, BaCl2, CaCl2, NaCl2 로부터 선택된다. 더욱이, 암모니아의 저장은 다음 형식과 같은 가역적 고체-가스 반응에 기반하는 것이다.
< 고체 A > + (가스) ↔ < 고체 B >
암모니아는 알칼리 토금속 염화물과 함께 배위 착물을 형성하는데, 이는 '암모니아 착염'이라고도 부른다. 이 현상은 당업자에게 알려져 있다.
예를 들어, 암모니아와 염화스트론튬의 반응은 다음과 같다.
SrCl2 (s) + NH3 (g) ↔ Sr(NH3)Cl2 (s)
Sr(NH3)Cl2 (s) + 7 NH3 (g) ↔ Sr(NH3)8Cl2 (s)
또한, 암모니아와 염화바륨의 특유한 반응은 다음과 같다.
BaCl2 (s) + 8 NH3 (g) ↔ Ba(NH3)8Cl2 (s)
흡수제 SrCl2 및 BaCl2에 의한 암모니아 리간드의 화학적 흡수는 고체와 가스 사이에 전자의 이동을 초래하는데, 이러한 전자의 이동은 NH3와 SrCl2 및 BaCl2 원자의 외곽층 사이의 화학적 결합으로 표현된다. 고체 구조 내로 가스가 침투되는 것은 확산 과정에 의하여 그 고체 전체 중에서 수행된다. 이 반응은 완전히 가역적이고, 흡수 현상은 발열 반응이며, 탈착 현상은 흡열 반응이다.
b) 팽창
도　2a 내지 2d을 참조하면, 염화마그네슘염의 경우에 흡수 현상에 의하여 발생한 팽창이 설명되어 있다. 도 2a는 MgCl2 염 층의 결정 구조를 나타낸다. 도 2b는 암모니아 분자를 나타낸다.
암모니아와 염화마그네슘의 반응은 다음과 같다.
MgCl2 (s) + nNH3 (g) ↔ MgCl2(NH3)n (s)
상기 반응식 중, n 값은 2 또는 6일 수 있다. 따라서, 도 2c는 MgCl2(NH3)2 의 결정 구조를 도시하고, 도 2d는 MgCl2(NH3)6의 결정 구조를 도시한다.
표 1에 의하면, 순수한 염과 그의 착물간의 이론적 팽창 지수가 나타나 있다. 이 값은 단지 결정 격자의 팽창에 해당되며, 미세 결정간의 분획화에 의한 팽창은 포함하지 않는다. 흡수 엔탈피 값은 낮은 증기압의 평형상태에서 주어진다.
분자식 분자량
(g/mol)		 밀도 (kg/L) 팽창 지수 흡수 엔탈피
(kJ/mol)		 흡수
엔트로피
(J/mol.K)
(NH2)2CO+H2O N/A 1.086 0.184 0.2
MgCl2 95.21 2.32
Mg(NH3)6Cl2 197.39 1.16 2 55.7 230
SrCl2 158.53 3.05
Sr(NH3)8Cl2 294.77 1.3 2.35 38.7 230
BaCl2 208.23 3.85
Ba(NH3)8Cl2 344.37 1.7 2.26 41.4 230
NH3 17.03 0.61
c) 저장 구조물조물의 조건
암모니아 저장 구조물은 이에 접속된 운반체의 수명기간 중에 여러 번의 충전/비움 주기를 보장할 수 있어야 한다. 이러한 충전/비움 주기는 암모니아 상변화(相變化)를 일으킨다. 비움 현상은 상기 저장 구조물의 온도의 상승에 의하여 일어나며, 충전은 용기(8)를 암모니아 공급 도관(200)에 접속한 다음, 상기 암모니아의 상 변화 중에 발생한 열량을 제거하기 위한 조립체의 냉각 장치를 통하여 확보된다.
분말염 중에 가스가 흡수된 경우, 그 가스는 상기 저장 구조물 염의 다공성 매질을 통하여 염 알갱이로부터 용기, 예컨대 카트리지의 출구로 확산되어, 암모니아가 배기부 내에 주입되게 된다.
상기 용기를 조정 및 재조정 단계 중에, 상기 시스템에 암모니아가 재도입되어 분말염에 의하여 발생된 다공성 매질 내에 확산되고, 염 알갱이 내에 흡수된다. 시간이 지나도 이들 변환 또는 재료의 호흡 주기는 저장 용량을 악화시키는 일이 없이 합리적인 횟수로 수행될 수 있어야 한다. 염 내에서의 비균질성 압착 구배(勾配) 및 소결 메커니즘은 실제로 상기 저장 구조물을 악화시킬 수 있다.
탈착 과정 중에, 가압된 가스는 규정된 시간 내에 사용 가능하여야 하며, 이는 -15 내지 25 ℃ 범위의 여러 가지 작동 온도에서 SCR 시스템의 효율성을 측정하는 기준이다.
용기(8)의 조정 또는 재조정에 해당하는 흡수 과정 중에, 카트리지 충전에 필요한 시간은, 카트리지 신제품이거나 차량의 수명 중의 재충전이거나 상관 없이, 작동에 드는 비용을 제한하기 위하여 최소화되어야 한다.
d) 첨가제
도 3a 내지 도 3d를 참조하여, 현존하는 기술에 따라 분말 첨가제를 염에 첨가하는 과정을 설명한다. 열전도도를 향상시켜 (매트릭스) 조립체의 제어에 필요한 전력을 줄이기 위하여, 잇따른 팽창과 수축 과정에도 상기 매트릭스의 우수한 내구성을 유지하기 위하여, 저장 구조물을 더욱 견고하게 만들어 더 많이 충전하기 위하여, 현재의 기술 상태에서 여러 가지 첨가제의 첨가가 고려되었다.
상기 첨가제로서는 팽창형 천연 흑연을 들 수 있는데, 이는 성형 전에 염에 첨가될 수 있다.
상기 첨가제로서는 금속 분말, 예컨대 알루미늄 분말을 들 수 있다.
암모니아 탈착 중에, 재압착된 천연 흑연에 의해 이루어진 격자는 암모니아를 배출하는 염 입자를 고정시키는 견고한 구조물을 형성한다. 따라서, 실제로는 표 1에서 언급된 바와 같은 지수 만큼 재료가 팽창하지는 않는다.
특히, 염은 첨가제와 함께 먼저 용기 내에 도입된 후, 암모니아를 충전하기 전에 압착될 수 있다.
이러한 혼합물을 얻는 공지된 방법은 저장 재료와 첨가제를 메탄올 중탕을 통하여 결합시키는 방법이다. 그러나, 이 방법은 자동차 대량 생산의 규모로 추정하면, 중간 물질, 즉 메탄올이 관여되고, 메탄올 중탕의 준비, 두 재료를 원하는 비율로 혼합하는 열역학적 조건의 준비, 조립체의 건조 및 제조된 매트릭스의 조정과 같은 여러 가지 추가 제조 단계 때문에 복잡하고 비용이 많이 드는 것이 증명되었다.
다른 방법에 의하면, 매개적인 메탄올 중탕을 거치지 않고, 염과 첨가제의 두 재료 복합 매트릭스의 혼합물을 얻을 수 있다. 상기 혼합물은 "건조" 조건하에 형성된다. 도 3a는 용기 내에 염과 분말 첨가제의 혼합물을 나타낸다. 도 3b는 염과 분말 팽창 첨가제의 혼합물을 용기 내에서 압착하는 단계를 나타낸다. 도 3c는 첨가제와 혼합된 염이 암모니아로 포화된 것을 나타낸다. 도 3d는 암모니아 배출 후에 첨가제와 혼합된 염을 나타낸다. 그러나, 상기 두 성분은 밀도가 서로 같지 않기 때문에 상기 혼합물은 제조하기가 복잡하다. 비팽창 재료를 사용하면 이러한 단점을 보완할 수 있지만, 저장 매트릭스의 품질이 떨어질 수 있으며, 특히 열전도도가 감소할 수 있다.
2) 본 발명의 일 실시 상태를 나타내는 구조물
하기의 저장 구조물은 염만으로 이루어진 구조물 또는 첨가제와 혼합된 염으로 이루어진 구조물에서의 저장과 관련된 문제들을 피하는 데에 그 목적이 있다.
암모니아 저장 구조물은 암모니아의 저장 및 배출에 적합한 분말염을 포함하는 적어도 한 개의 층을 포함한다.
또한, 상기 암모니아 저장 구조물은 그 구조물 내에 열이동이 증가되도록 열전도성 재료로 이루어진 적어도 한 개의 층을 포함한다.
따라서, 상기 저장 구조물 내에서 열이동이 향상될 수 있다.
상기 저장 구조물은 적어도 한 개의 암모니아 저장층과 적어도 한 개의 열전도성 재료층을 번갈아 포함하는 암모니아 저장 구조물을 구성한다. 한 개의 암모니아 저장층과 한 개의 열전도성 재료층이 번갈아서 되는 것이다. 즉, '번갈음(alternation)'이라 함은 상기 구조물이 적어도 두 개, 세 개 또는 그 이상의 중첩된 층들을 포함함을 의미한다.
세 개의 층인 경우, 두 개의 열전도성 재료층 사이에 저장층이 위치하거나, 두 개의 저장층 사이에 한 개의 열전도성 재료층이 위치하는 것을 포함할 수 있다.
다수의 저장층과 다수의 열전도성 재료층을 포함하는 암모니아 저장 구조물에서, 열전도성 재료층은 저장층 사이에 끼어들거나, 저장층이 열전도성 재료층들 사이에 끼어들 수 있다.
따라서, 암모니아 저장 구조물은 예컨대 암모니아 저장 및 배출에 적합한 분말염을 포함하는 적어도 두 개의 층을 포함한다. 상기 적어도 두 개의 분말염 층은 구조물 내에서 열이동이 향상되도록 적어도 한 개의 열전도성 재료층에 의하여 서로 분리된다. 상기 열전도성 재료는 그와 접속된 염의 열전도도에 비해 높은 열전도도를 갖는다. 열전도성 재료가 층 사이에 끼어있음으로 인하여 저장 구조물 내에 열이동이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 구조물은 번갈아 중첩된 것에 해당한다. 또한, 번갈음이라 함은 더 많은 수의 저장층과 열전도성 재료층이 번갈아 존재하는 구조물을 의미한다.
상기 분말염은 알칼리 토금속 염화물로부터 선택된다. 구체적으로는, 분말염은 다음 화합물, 즉 SrCl2, MgCl2, BaCl2, CaCl2, NaCl2 로부터 선택된다.
상기 염 층은 좋기로는 크기가 1 내지 1,000 ㎛인 염 알갱이를 포함한다. 좋기로는, 상기 열전도성 재료의 질량은 염의 질량에 대하여 1 내지 30 %에 해당될 수 있다.
상기 저장층 또는 각각의 저장층은 압착된 분말염, 예컨대 예비 압착되거나 저장 구조물의 제조 중에 압착된 것으로 이루어질 수 있다. 또는 상기 저장층은 비압착된 분말염으로 이루어질 수도 있다.
상기 저장층 또는 각각의 저장층은 경성 성분일 수 있으며, 경성 성분이라 함은 본질적으로 변형될 수 없는 것을 의미한다. 또는, 상기 저장층 또는 각각의 저장층은 경성 성분이 아닐 수 있는데, 예컨대 비압착된 염이거나 더욱 쉽게 변형가능한 염 또는 성분의 분말일 수 있다.
전체 저장 재료층의 높이는 통상 전체 열전도성 재료층의 높이에 대하여 25 내지 75%이고, 바람직하게는 50 내지 75%이며, 이는 저장 재료 및 열전도성 재료의 고유성질에 따라 결정된다.
특히, 각 저장 재료층의 높이는 통상 각 열전도성 재료층의 높이에 대하여 25 내지 75%이고, 특히 50 내지 75%이다.
이러한 간격은 저장 재료가 알칼리 토금속 염을 포함하는 경우 및 열전도성 성분이 팽창형 천연 흑연을 포함하는 경우에 특히 적합하며, 상기 알칼리 토금속 염이 염화 스트론튬 또는 염화 바륨일 경우에 특히 적합하다.
상기 열전도성 재료는 예컨대 열전도성 재료층을 형성하도록 예비 압착된 분말로 이루어진다. 또는, 상기 열전도성 재료는 예컨대 비압착된 분말로 이루어진다.
상기 열전도성 재료층들은 그 사이에 비압착된 염 분말이 끼어든 형태로 형성될 수 있다. 또는, 염층은 압착된 또는 비압착된 경성 웨이퍼로 형성될 수 있다.
상기 염층은 분말염과 첨가제의 혼합물을 포함할 수도 있다. 상기 첨가제는 열전도성 재료일 수 있다. 본 실시 상태에서, 상기 조립체의 열전도도는 사이사이에 끼어든 개재 층들에 의하여 부분적으로 증가되며, 저장층 내에 첨가제가 존재함으로써 부분적으로 증가된다.
상기 열전도성 재료의 끼어든 층의 수는 좋기로는 1 내지 30이다.
상기 열전도성 재료는 예컨대 압착되어 층 사이로 들어간 팽창형 천연 흑연일 수 있다. 상기 열전도성 재료는 금속 분말, 예컨대 알루미늄 분말을 포함할 수 있다. 상기 열전도성 재료는 고체 형태의 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 저장 구조물은 용기 내에 배치된 것이거나, 그 안에 배치되도록 의도된 것이다.
상기 저장 구조물을 용기 안에 포함하는 시스템의 작동시, 압착 암모니아 가스는 용기 내에 존재한다.
상기 저장 구조물이 (암모니아로) 포화되어 있지 않을 경우, 적어도 한 개의 저장층의 염 알갱이는 암모니아를 흡수한다. 따라서, 적어도 한 개의 가스 저장층을 적어도 부분적으로 암모니아로 충전할 수 있다.
상기 저장층 또는 각각의 저장층을 가열하면, 흡수된 암모니아가 배출되어 용기로부터 배기될 수 있다.
상기 저장 재료층 및 압착층 및 열전도성 재료층은 여러 가지 형태를 가질 수 있으며, 특히 여러 가지 형태의 일부를 가질 수 있다.
상기 층들은 배치될 또는 배치된 용기와 예컨대 실질적으로 동일한 형태를 가질 수 있다.
상기 층들은 통상 실질적으로 둥근, 타원, 둥글려진, 직사각형 또는 평행육면체 단면을 가진 원통 형태를 가질 수 있다.
3) SCR 후처리 시스템의 일 실시 상태를 나타내는 실시예
도 1은 암모니아를 주입한 SCR 후처리 시스템이 장착된 열기관을 도시한 것이다. 상기 열기관은 내연 기관, 예컨대 디젤 엔진 또는 직접분사식 층상 기관과 같은 희박 혼합 가스를 사용하는 가솔린 엔진일 수 있다.
엔진(1)은 전자식 컴퓨터(11)로 구동된다. 상기 엔진의 배기구에서, 배기 가스(12)는 오염 제거 시스템(2)으로 향한다. 오염 제거 시스템(2)은 산화 촉매 또는 삼원 촉매를 포함할 수 있다. 상기 오염 제거 시스템에는 입상(粒狀) 필터가 더 포함될 수 있다.
암모니아(16)는 상기 엔진의 배기 도관(100)로 주입되고, 예컨대 오염 제거 성분(2)으로부터 하향류에 배치되는 주입 모듈(3)에 의하여 배기 가스와 혼합되어 암모니아/배기 가스 혼합물(13)을 형성한다. 이어서, 상기 암모니아/배기 가스 혼합물(13)은 암모니아에 의한 NOx의 환원을 일으키는 SCR 촉매(4)를 통과한다. 후처리 보조 성분(5)은 SCR 촉매 다음에 배치하여도 좋다. 보조 성분(5)은 입상 필터 또는 산화 촉매를 포함할 수 있다. 따라서, 배기 가스는 보조 성분(5) 출구에 정화된 배기 가스(14)로서 나타난다. 이때, 정화된 배기 가스는 배기 출구(17)로 향한다. 따라서, 엔진(1) 쪽의 상향류로부터 배기 출구(17) 쪽의 하향류에 배치되는 배기부(100)에는 오염 제거 성분(2), 주입 모듈(3), SCR 촉매(4) 및 보조 성분(5)을 포함한다.
주입 모듈(3)의 입구에서 암모니아(16)를 공급하고 계량하는 것을 확실히 하기 위하여, 시스템은 암모니아를 저장하는 용기(8)를 포함하는 저장 장치를 포함하는데, 용기는 예컨대, 가열 또는 재가열 장치(9)에 의하여 온도가 조절될 수 있는 저장 구조물(7)를 포함한다. 가열 장치(9)는 예컨대 전기 저항기 또는 액체 엔진 냉각제와 같은 열전달 유체가 제공되는 열교환기를 포함한다.
가열 장치(9)는 예컨대 용기(8) 내부로 직접 열을 공급할 수 있다. 이와 달리, 가열 장치(9)는 예컨대 용기(8) 외부으로부터 용기(8) 내부에 열을 전달할 수 있다.
구체적으로 말하자면, 상기 가열 장치(9)는 상기 저장 구조물(7)에 열을 공급할 수 있다.
상기 저장 구조물(7)는 적어도 한 개의 열전도성 재료층에 의하여 서로 분리되는 적어도 두 개의 분말염층을 포함한다.
상기 저장 구조물(7)의 층들은 동일한 대칭축을 가질 수 있다. 따라서, 상기 구조물(7)는 각 염층에서 암모니아의 저장 및/또는 배출이 가능하도록 대칭축을 따라 빈 공간을 가질 수 있다.
상기 구조물(7)는 저장 용기(8)의 외부로부터 염층 및/또는 그 반대 방향으로 암모니아를 이송하는 통로를 포함할 수 있다.
가열 장치(9)는 여러 개의 가열 모듈(도시하지 않음)을 포함할 수 있으며, 각 가열 모듈은 나머지 염층과는 독립적으로 한 개의 염 층을 가열하도록 고안된 것이다.
저장 용기(8)는 상기 용기의 압력 조절 장치(6) 및 주입 모듈(3)로 향하는 암모니아의 계량 장치와 접속된다. 압력 조절 장치(6)는 엔진 전자 컴퓨터(11)에 접속된 전용 전자 조절기(10)에 의하여 구동될 수 있다.
또한, 상기 시스템은, 암모니아의 순환 방향의 상향류로부터 하향류까지, 저장 용기(8), 장치(6) 및 배기부(100) 내로의 주입용 모듈(3)을 포함하는 암모니아 공급 도관(200)을 포함한다.
별법의 구조물(도시하지 않음)에서는, 장치(6)를 엔진 컴퓨터(11)에 의하여 직접 구동시킬 수도 있다.
4) 구조물의 제조방법
실시 상태 1
도 4a 내지 4h를 참조하여, 일 실시 상태에 따라, 상기 저장 구조물(7)를 용기(8) 내에 제조하는 방법을 설명한다.
처음 상태에서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 용기(8)는 비어있다.
상기 용기(8)는 예컨대 회전 대칭이다. 상기 용기(8)는 원통형 외벽(81), 튜브를 형성하는 내벽(82)을 포함할 수 있는데, 튜브는 용기(8)의 대칭축을 따라 연장되는 중앙 오목부의 경계를 정한다.
도 4b를 참조하면, 상기 방법은 비압착 분말염의 제1 층을, 예컨대 용기(8)의 외벽과 튜브벽(82) 사이에 위치하는 고리모양의 영역에 배치하는 제1 단계를 포함한다.
도 4b 내지 4c를 참조하여, 플런저를 이용하여 제1 염층을 성형하는 제2 단계를 설명한다. 제2 단계에서는 통상 일정한 두께를 갖고, 그 다음에 형성되는 열전도성 재료층과 밀착될 수 있는 표면을 갖는 균질한 제1 염층을 얻을 수 있다.
따라서, 제1 염층은 용기와 동일한 대칭축을 갖는다.
도 6d를 참조하면, 제3 단계에서는 제1 열전도성 재료층(72)이 제1 염층(71) 상부에 배치된다. 상기 열전도성 재료는 예컨대 팽창형 천연 흑연의 예비형성된 블록으로 이루어질 수 있다. 상기 열전도성 재료층(72)은 예컨대 용기(8)와 동일한 대칭축을 가질 수 있다.
도 4e를 참조하면, 제4 단계에서는 제2 비압착 분말염층(73)이 제1 열전도성 재료층(72) 상부에 배치된다.
도 4f는 제2 열전도성 재료층(74)이 배치된 후의 용기(8)를 나타낸다.
도 4g에 도시한 바와 같이, 상기 방법에서 처음 3단계를 30회까지 반복하여 층상 저장 구조물(7)를 얻을 수 있다.
순수한 저장염층, 또는 첨가제와 함께 일정 비율로 혼합된 염층을 제조할 수 있음이 이해되어야 한다.
실시 상태 2
경성 염 웨이퍼는 사전에 압착을 통해 제조하거나 바인더를 사용하여 제조할 수 있다.
이어서, 경성 웨이퍼를 차례대로 중첩함으로써 염 층 및 팽창형 천연 흑연 층의 이식을 수행한다.
따라서, 저장 재료층을 구성하는 경성 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이러한 경성 웨이퍼를 사용하는 다른 일 실시 상태에 따라, 저장 구조물을 용기 내에 제조하는 방법을 이하에 설명한다.
처음 상태에서, 용기(8)는 비어있다.
상기 용기(8)는 예컨대 회전 대칭이다. 상기 용기(8)는 원통형 외벽(81), 튜브를 형성하는 내벽(82)을 포함할 수 있는데, 튜브는 용기(8)의 대칭축을 따라 연장되는 중앙 오목부의 경계를 정한다.
상기 방법은 제1 저장 재료층을 배치하는 제1 단계를 포함한다. 제1 층은 통상 압착 분말염의 경성 웨이퍼이다. 상기 제1 저장 재료층은 통상 용기(8)의 외벽과 튜브벽(82) 사이에 위치하는 고리모양의 영역에 배치된다.
상기 방법은 제1 저장 재료층 상부에 제1 열전도성 재료층을 배치하는 제2 단게를 포함한다. 상기 열전도성 재료는 예컨대 팽창형 천연 흑연 층이다.
상기 열전도성 재료층은 예컨대 용기(8)와 동일한 대칭축을 가진다.
상기 방법은 제1 열전도성 재료층 상부에, 제1 단계와 유사하게 제2 저장 재료층을 배치하는 제3 단계를 포함한다.
상기 방법에서 처음 2단계를 30회까지 반복하여 층상 저장 구조물(7)를 얻을 수 있다.
실시 상태 3
경성 웨이퍼를 사용하는 상기 방법의 가능한 일 변형으로서, 몇 개의 층들은 용기(8)의 외부에서 예비 조립될 수 있다.
경성 웨이퍼를 사용하는 실시 상태 3에 따른 저장 구조물의 제조 방법을 이하에 설명한다.
상기 방법은 제1 저장 재료층과 제1 열전도성 재료층을 제공하는 제1 단계를 포함한다.
제1 층은 통상 압착 분말염의 경성 웨이퍼이다. 열전도성 재료는 예컨대 팽창형 천연 흑연 층이다.
상기 방법은 제1 저장 재료층과 제1 열전도성 재료층을 예비 조립하는 제2 단계를 포함한다.
상기 예비 조립이라 함은 층들이 서로 단단히 고정되도록 상기 용기 내에 상부방향으로 배치하여 이루어지는 조립, 통상 부분적 조립을 의미한다.
층들은 또는 제공된 층들의 군들은 예컨대 접착제를 사용하여 예비 조립된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 층들은 상호 부착하도록 및/또는 계면 부근에서 상호 침투하도록, 예컨대 서로 포개어 압착함으로써 조립된다.
따라서, 상기 방법은 한 개 이상의 저장 재료층 및/또는 한 개 이상의 열전도성 재료층을 예비 조립하고, 전단계에서 만든 예비 조립체에 고정하는 제3 단계를 1번 이상 연속적으로 포함할 수 있으며, 이로써 상기 언급한 바와 같이 서로 다른 층이 교대로 나타내는 예비 조립체를 형성할 수 있다.
상기 방법은 전술한 방법 중 하나에 따라 용기 내에 저장 구조물을 제조하는 제4 단계를 포함할 수 있는데, 저장 구조물 형성의 일부로서, 통상 용기 외부에서 형성된 예비 조립체를 배치하는 단계를 포함한다.
용기 외부에서 형성되었다 함은 예비 조립 단계가 용기 외부에서 수행되었음을 의미한다.
상기 예비 조립은 저장 용기 내에 저장 구조물을 후속 장착할 수 있게 한다.
더욱이, 상기 예비 조립체는 용기 내에 구조물 형성을 위하여 장착될 매트릭스 성분의 예비 조립체를 표준화할 수 있게 해준다. 따라서, 더욱 균일한 성질을 갖는, 결과적으로 더욱 예상가능한 성질을 갖는 저장 구조물을 제조할 수 있으며, 추후 사용시 제어를 더 잘 할 수 있게 된다. 특히, 저장 염 블록을 마스터 열전도 블록과 접속하는 것이 가능하여 각 예비 조립 군에서 작동 조건을 최적화할 수 있다.
또한, 결과적으로 저장 구조물의 구성 성분을 조립 장소로 운반하는 것과 관련된 물류의 단순화를 가져온다.
암모니아 포화
좋기로는, 상기 제조 과정 중에, 저장 구조물을 제조하기 위하여, 암모니아가 없는 가운데, 상기 저장층 또는 각각의 저장층과 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층이 조립되거나 용기 내에 형성된다.
바람직한 일 실시 상태에서, 염층은 상기 단계 중에 암모니아를 전혀 포함하지 않는다.
따라서, 상기 방법은 상기 단계 이후에, 형성된 저장 구조물을, 적어도 부분적으로, 암모니아로 포화시키는 단계를 포함할 수 있다.
좋기로는, 상기 저장층 또는 각각의 저장층과 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층과 용기 벽의 내부면 사이에 여유 간격이 존재할 수 있는 방식으로, 형성하고 조립한다.
도 4h는 작동 중의 밀폐된 용기(8) 내에 암모니아로 포화시킨 완성된 저장 구조물(7)를 도시한다.
5) 여유 간격을 갖는 저장 구조물
저장 구조물을 암모니아로 충전 또는 포화시키는 단계에서, 상기 저장층 또는 각각의 저장층은 팽창하고 그 부피가 증가한다. 이러한 현상은 특히 도 4h에 도시되어 있다.
상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 변형 가능하도록 만들어질 수 있다. 따라서, 예컨대 예비 압착 팽창형 천연 흑연으로 이루어질 수 있다.
따라서, 암모니아의 충전시, 상기 저장층 또는 각각의 저장층은 부피가 증가하고, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 힘을 받아 변형되는 것이다.
특히, 상기 변형이 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층의 밀도에 상당한 변화를 일으키지 않으면서, 용기의 빈 공간이 일정한 밀도하에 변형을 허용하는 한도 내에서, 구조물 및 용기의 규격이 정해질 수 있다.
상기 여유 간격이 상기 용기 내벽과 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층의 사이에 존재할 경우, 상기 열전도성 재료층은 상기 여유 간격으로 인한 주변 부피를 차지하도록 변형될 수 있다.
따라서, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 용기 내벽, 즉 주변 벽과 접촉할 때까지 여유 간격 내에서 변형될 수 있다. 이는 특히 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층에서 가열 장치에 의하여 발생하는 열의 충분한 순환을 보장할 수 있다.
특정 일 실시 상태에서, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 밀도의 변화 없이 두께는 감소하고 직경은 증가할 수 있는데, 즉 층이 차지하는 전체 부피의 변화 없이 가능하다.
상기 용기 내부 부피가 저장 구조물에 의하여 전부 채워질 때, 또는 열전도성 재료층이 접근할 수 있는 용기의 빈 공간이 더 이상 남아있지 않을 때, 상기 저장층 또는 각각의 저장층이 암모니아로 포화되지 않도록 규격이 정해질 수 있다. 상기 저장층 또는 각각의 저장층에 충전을 계속한다 함은, 상기 저장층 또는 각각의 저장층의 부피를 추가로 증가시킴을 의미한다. 부피 증가는 적어도 일부 보상되고 및/또는 발생된 힘은 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층의 압착에 의하여 적어도 일부 흡수되어, 열전도성 재료층의 밀도가 증가한다.
예컨대, 천연 상태에서 팽창형 천연 흑연은 비다공성, 비압착 흑연보다 밀도가 100배 낮다. 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층이 예비 압착된, 예컨대 경성 웨이퍼 형태의 팽창형 천연 흑연으로 형성되는 경우, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 비다공성 비압착 흑연 보다 10 배 높은 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 이론적 압착 용량은 인수 10 이다.
따라서, 상기 저장 구조물은 구조물이 포화되지 않은 상태에서도, 또는 암모니아 거의 없는 상태에서도, 서로 다른 층들의 접촉이 유지되도록 만들어 진다. 그 결과, 열전도도가 더욱 좋아진다. 더욱이, 상기 구조물의 성분들이 위치가 바뀌지 않고 유지되며, 마찰이나 기계적 충격과 같이 예상되는 방식에 의하여 마모되지 않고 유지된다.
상기 저장 구조물은 그것이 배치된 용기가 받게 될 힘을 제한하는 장점을 갖는다. 즉, 상기 저장층 또는 각각의 저장층의 부피 증가에 의하여 발생된 힘이 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층에 의하여 흡수되고, 여유 간격이 채워지면서, 일정한 밀도하에 열전도성 재료층이 변형되고, 이어서 모든 여유 간격이 채워지면 압착되어 밀도가 증가한다.
일 실시 상태에 따르면, 상기 저장 구조물의 층들은 디스크 또는 웨이퍼를 번갈아 중첩함으로써 이루어질 수 있다. 상기 용기는 일반적인 원통형 또는 원뿔형이거나, 예컨대 사각 또는 타원의 단면을 갖는 것일 수 있다. 상기 용기는 어떤 축을 따라 끝에서 끝까지 구멍이 뚫린 일반 형태를 가질 수 있다. 원뿔형 용기나 다양한 단면을 가진 형태의 용기의 경우, 웨이퍼는 다양한 크기의 직경을 가진다.
이렇게 디스크 중첩을 갖는 실시예의 구조물에서, 구조물은 저장층을 형성하는 적어도 1개의 디스크와 열전도성 재료를 형성하는 적어도 1개의 디스크를 교대로 가질 수 있다. 디스크는 (암모니아가 없는) 비움 상태일 때 저장층의 두께가 그와 인접하는 열전도성 재료층의 두께의 적어도 2배가 되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 저장 구조물에 암모니아가 없을 때, 상기 열전도성 재료층의 가장자리와 상기 저장 구조물을 갖는 용기 내벽 사이의 여유 간격, 즉 층 양쪽의 공간이, 층의 가로직경의(또는 특정 윤곽의 구조물의 경우 그와 동등한 주된 길이) 2 내지 30 %, 특히 예컨대 5 내지 16 %가 되도록 디스크가 고안될 수 있다.
상기 간격 내에서, 여유 간격 덕분에 실제 힘을 제한하는 효과가 발생할 수 있고, 열전도성 재료층이 저장 구조물의 층들이 서로 접촉하는 상태를 유지할 수 있다.
6) 여유 간격을 나타내는 저장 구조물을 제조하는 방법의 실시예
제1 단계에 따라, 열전도성 재료층들이 제조된다. 주어진 규격으로, 특히 주어진 두께 및/또는 주어진 단면으로 압착하는 예비 단계에서 원하는 밀도의 층들을 공급할 수 있다.
제2 단계에 따라, 저장층이 제조된다. 저장층은 전술한 바와 같은 분말염을 포함하는 분말을 압착하여 제조할 수 있다. 이러한 압착은 주어진 규격, 특히 주어진 두께 및/또는 주어진 단면을 갖는 층을 제조하기 위하여 수행될 수 있다.
제3 단계에 따라, 저장층과 열전도성 재료층은 이들 층이 교대로 중첩된 형태의 저장 구조물을 형성하도록 용기 내에 배치된다. 또는 이와 다르게, 용기 외부에서, 층들 또는 층들의 군들이 1개 이상의 스스로 지탱하는 고정된 조립체를 형성하기 위하여 서로 접착되어 교대로 중첩될 수 있다. 이어서, 상기 조립체는 용기 내에 배치된다.
도 5를 참조하여, 암모니아 비포화 상태에서 층과 용기의 벽(54) 사이에 여유 간격(53)을 가지도록 하고, 암모니아 충전시 인접한 저장층(51)의 부피 증가는 열전도성 재료층(52)이 변형되어 여유 간격의 빈 공간을 차지하여 보상되도록, 각 열전도성 재료층(52)은 용기에 대하여 상대적으로 규격이 정해지는, 상기 저장 구조물의 일부를 설명한다. 다음으로, 상기 열전도성 재료층(52)은 필요에 따라 지속되는 부피 증가를 흡수하여 압착될 수 있다. 상기 열전도성 재료층은 용기의 벽 및 저장층과 밀접하게 접촉하여 뛰어난 열전도를 제공한다.
물론, 본 발명은 서술되고 도시된 실시 상태에 의하여 전혀 한정되지 않으며, 당업자는 그들의 지식을 활용하여 실시 상태에 많은 변형 및 수정을 제공하는 방법을 알 것이다.

Claims (22)

  1. 암모니아 저장 구조물(7)에 있어서, 상기 구조물은
    적어도 한 개의 암모니아 저장층(71, 73), 및
    저장층(71, 73)에 비해 높은 열전도도를 갖는 적어도 한 개의 열전도성 재료층(72)을 번갈아 포함하며, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층(72)은 상기 구조물 내에서 열이동을 증가시키기에 적합한 것임을 특징으로 하는 암모니아 저장 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 암모니아 저장층 또는 각각의 암모니아 저장층은 분말염을 포함하는 것인 암모니아 저장 구조물.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층(72)은 예비 압착 분말로 이루어지는 것인 암모니아 저장 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 한 개의 저장층(71, 73)은 경성 웨이퍼, 압착 또는 비압착된 것인 암모니아 저장 구조물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열전도성 재료층(72, 74)의 수는 1 내지 30인 것인 암모니아 저장 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각 중간층은 인접한 층 또는 나머지 층들에 대하여 기계적으로 독립적인 것인 암모니아 저장 구조물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각 층에 있어 2개의 인접한 층 사이가 전체적으로 상호 분리되는 것인 암모니아 저장 구조물.
  8. 암모니아를 저장 및 배출하는 차량용 시스템에 있어서, 상기 시스템은 상기 제1항 내지 제7항에 기재된 저장 구조물(7)를 포함하는 저장 용기(8)를 포함하는 것인 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구조물이 암모니아로 비포화된 상태에서 상기 열전도성 재료층과 용기의 벽 사이에 여유 간격이 보일 수 있도록, 및
    최초 충진 단계에서 암모니아 저장으로 인한 적어도 한 개의 저장층의 부피 증가는, 상기 열전도성 재료층이 상기 여유 간격으로 발생한 자유 공간을 차지하여 형태가 변화됨으로써 보상될 수 있도록,
    상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층은 상기 용기에 대비하여 규격이 정해지는 것인 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 여유 간격은 용기의 벽과 열전도성 재료층의 측벽 사이에 위치하는 것인 저장 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 여유 간격은 열전도성 재료층의 가로 직경의 2 내지 30%인 것인 저장 시스템.
  12. 제8항 내지 제11항에 있어서, 상기 저장 구조물은 상기 열전도성 재료층 또는 각각의 열전도성 재료층이 최종 충전 단계에서 압착 가능하도록 제조되는 것인 저장 시스템.
  13. 제8항 내지 제12항에 있어서, 일정 충전 조건에서 각 층은 일반적으로 용기 횡단면 전체에 걸쳐 팽창되는 것인 저장 시스템.
  14. 제8항 내지 제13항에 있어서, 각 저장층(71, 73)에서 암모니아의 저장 및/또는 배출이 가능하도록, 상기 구조물(7)는 대칭축을 따라 빈 공간을 나타내는 것인 저장 시스템.
  15. 제8항 내지 제14항에 있어서, 상기 시스템은 상기 구조물(7)에 저장된 암모니아를 배출하기 위한 저장 구조물 가열 장치(9)를 포함하고, 상기 가열 장치(9)는 여러 개의 가열 모듈을 포함하며, 각 가열 모듈은 나머지 저장층과는 독립적으로 한 개의 저장층(71, 73)을 가열하도록 고안된 것인 저장 시스템.
  16. 제8항 내지 제15항에 있어서, 상기 구조물(7)는 용기(8) 외부로부터 적어도 한 개의 저장층으로 암모니아를 이동시키고, 그 반대 방향으로도 이동시키기 위한 통로를 포함하는 것인 저장 시스템.
  17. 제8항 내지 제16항에 기재된 암모니아 저장 시스템과, 암모니아를 배기 가스로 주입하는 모듈을 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  18. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 암모니아 저장 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
    압착되지 않은 염 또는 예비 압착된 염을 포함하는 저장층(71)을 배치하는 단계;
    예비 압착된 분말로 이루어진, 저장층(71)에 비해 높은 열전도도를 갖는 열전도성 재료층(72)을 배치하는 단계;를 포함하되,
    상기 양단계를 반복하여, 저장층들과 그 사이에 끼어든 개재 열전도성 재료층(들)을 번갈아 포함하는 구조물을 형성하는 단계;를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 배치 단계들은 저장 용기(8) 내에서 수행되는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 제1 염층은 분말이며, 상기 방법은 분말염을 용기 내에 도입하여 한 개의 층을 형성하고 이 층을 플런저에 의해 성형하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 저장층과 열전도성 재료층은 예비 조립된 후, 양층이 한꺼번에 용기 내에 배치되는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 예비 조립은 접착에 의하여 및/또는 층들을 서로 압착하여 이루어지는 것인 방법.
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