KR20160043960A - 수착 저장소용 충전 장치 및 수착 저장소 - Google Patents

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KR20160043960A
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마티아스 바이케르트
스테판 막스
울리히 뮬러
페터 렌제
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바스프 에스이
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Abstract

적어도 하나의 흡착 매체(20)를 포함하는 ANG-수착 저장소(10)용 충전 장치(22)로서, 상기 충전 장치(22)는 튜브 형상을 갖고, 중공형 내부를 규정하는 외벽(36) 및 상기 외벽(36) 내의 오리피스(48)를 구비하며, 상기 ANG-수착 저장소(10)는 실질적으로 수평으로 장착되고, 상기 오리피스(48)는 상기 ANG-수착 저장소(10)를 통해 축방향(34)으로 연장되는 상기 충전 장치(22)의 외벽(36)의 상측부(62)에 배열된다.

Description

수착 저장소용 충전 장치 및 수착 저장소{FILLING DEVICE FOR A SORPTION STORE AND SORPTION STORE}
본 발명은 수착 저장소(sorption store) 또는 수착 용기(sorption vessel)에 관한 것이다. 흡착 천연 가스(Adsorbed Natural Gas; ANG)는 차량에서와 같은 모바일 저장 응용에서 압축 천연 가스를 대체할 잠재성을 갖고 있다. 상당한 연구 노력이 ANG에 기울여지고 있지만, 극소수의 연구만이 시스템 성능에 대한 흡착열의 영향을 평가하고 있다. 결국, ANG-응용에 있어서, 활성 탄소와 같은 미세 분말 고체가 용기 내에 충진되어 저장 밀도를 증대시켜서 동일한 용량으로 보다 낮은 압력 운전을 가능하게 한다. 흡착은 발열 프로세스이다. 모든 흡착 또는 탈착(desorption)은 ANG-저장 시스템의 온도 변화가 동반된다. 흡착열은 충전 및 방출 사이클 모두 동안에 성능에 악영향을 미친다. 80℃만큼의 온도 상승이 충전 사이클 동안에 발생할 수 있다. 통상적으로, 충전 사이클은 적어도 모바일 응용을 위한 연료 스테이션에서 수행될 것이며, 여기서 방출된 흡착열이 제거될 수 있다. 충전 사이클과 반대로, 방출 속도는 응용의 에너지 수요에 의해 좌우된다. 이러한 충전 시간은 ANG 저장 용기의 사용 동안에 냉각의 영향을 완화하기 위해 폭넓게 변경될 수 없다. 또한, 모바일 응용에서 온도를 완화하기 위한 과잉 하드웨어를 포함하는 것도 실현 가능하지 않다.
미국 특허 공개 제 US 2007/180998 A1 호는 고다공성 가스 저장 재료를 이용하는 가스의 최적의 흡착 및 탈착을 위한 장치에 관한 것이다. 흡착 프로세스 동안에 가스를 흡착하는 것과 수착 프로세스 동안에 가스를 탈착하는 것을 별도로 실행하기 위한 장치가 개시되어 있다. 튜브는 다공성 측벽을 구비하고, 각 단부에 엔드-피팅(end-fitting)이 밀봉적으로 연결되어 있다. 미립자 다공성 가스 저장 재료가 튜브 내에 위치되고, 다공부가 물질의 통과를 저지하지만 가스의 통과를 허용한다. 다공성 튜브로부터 선택된 가스, 가열 코일, 또는 튜브 내에 위치된 열교환기는 탈착 프로세스를 위한 열을 제공할 수도 있으며, 선택된 가스 또는 열교환기는 흡착 프로세스 동안에 냉각을 제공할 수 있다.
미국 특허 공개 제 US 2008/0290645 A1 호는 고압 탱크에 설치된 성형 흡수 매체에 관한 것이다. 가스 또는 열에 적합한 흡수 매체는 사전결정된 길이로 제공되거나, 사전결정된 길이의 다각형 또는 곡선형, 및 바람직하게는 가스 흡수 매체가 내부에 충진된 벌집형(육각형) 단면 형상으로 제공된다. 육각형 튜브는 연료 탱크의 반경방향 또는 길이방향 축선을 따라 설치될 수도 있다. 매체 로드 및/또는 매체 튜브는 탱크 제조 동안에 설치되며, 규정된 물리적 및 가스 순환 관계를 가져서, 개방되거나 열 흡수 매체로 충전된 유사한 형상의 인접한 공간과 사전결정된 관계로, 가스 흡수 매체를 내부에 갖는 연장 튜브를 유지한다.
국제 공개 제 WO 2009/071436 A1 호는 가스상 탄화수소를 저장하기 위한 방법에 관한 것이다. 가스상 탄화수소는 수착 저장조(sorption reservoir)에 저장된다. 수착 저장조가 가득찬 경우에 저장된 탄화수소의 온도는 상온보다 낮고 탄화수소의 증발 온도보다 높다. 이러한 해결책은 또한 주변에 대해 격리된 수착 저장조를 포함하는, 가스상 탄화수소를 저장하기 위한 장치에 관한 것이다. 수착 저장조는 제올라이트, 활성 탄소 또는 금속 유기 골격체(metal organic framework) 화합물을 포함한다.
미국 특허 공개 제 US 2009/0261107 A1 호는 가스 탱크를 갖는 차량에 관한 것이다. 연료 전지 시스템 및/또는 내연기관에 의해 작동되고 가스 연료, 특히 천연 가스 또는 수소로 충전되는 적어도 하나의 가스 탱크를 구비하는 차량이 개시되어 있으며, 금속 유기 골격체(MOF)가 연료를 유지하기 위한 저장 재료로서 가스 탱크의 내부에 배열되어 있다. 비교적 높은 저장 밀도가 얻어지고 및/또는 적재 또는 로딩하기에 충분한 공간이 차량에서 이용가능해진다. 이것은 금속 유기 골격체(MOF)를 포함하는 가스 탱크가 압력하에서 가스상 연료를 저장하기 위한 압축 가스 탱크로서 구현된다는 점에서 미국 특허 공개 제 US 2009/0261107 A1 호에 따라 달성된다.
미국 특허 공개 제 2012/0308944 A1 호는 가스 발생기용 천공 파이프의 제조 방법 및 가스 발생기를 개시한다. 봉형 부재 및 금형을 이용한 프레스 성형에 의해 판형 부재로부터 바닥 폐쇄식 파이프형 부재를 형성하는 파이프형 부재 형성 단계를 포함하는 가스 발생기용 천공 파이프의 제조 방법이 개시되어 있다. 구멍 펀칭 단계는, 그것의 축방향과 교차하는 방향으로 하나 이상의 관통 구멍을 포함하는 다이를, 봉형 부재 대신에 파이프형 부재 내로 삽입하는 단계와, 각 관통 구멍의 위치와 정렬된 펀칭 부재로, 파이프형 부재 형성 단계에서 형성된 파이프형 부재를 펀칭하여 하나 이상의 쌍의 대향하는 펀칭 구멍을 형성하는 단계 후에 이어진다. 쌍을 이룬 펀칭 구멍들 사이의 거리는 각각 3㎜ 내지 10㎜로부터 선택된 임의의 값이다.
종래 기술의 해결책에서는, ANG-탱크와 같은 수착 저장조의 실질적인 수평 장착에 의해 야기되는 문제가 제기된다. 발생된 흡착열로 인해, 흡착 저장조는 가열되어 펠릿(pellet)형 수착 재료의 열의 면에서 유도율(inductivity)을 감소시켜서 일례를 들면 금속 유기 골격체의 펠릿의 용량을 저감시킨다. 미국 특허 공개 제 US 2007/180998 A1 호에 개시되거나 미국 특허 공개 제 US 2012/0308944 A1 호에 따르는 의도적으로 천공된 파이프는 온도 유체 역학의 비균질한 분포에서 고온 가스와 저온 가스 사이의 밀도 차이로 인해 그리고 중력으로 인해 달라진다. 고온 가스는 수착 저장조의 상부로 수직 방향으로 이동하는 경향이 있는 반면, 저온 가스는 중력 및 보다 높은 밀도로 인해 수착 저장조의 하부로 이동하는 경향이 있다.
본 기술분야에서 부딪히는 문제 때문에, 본 발명의 목적은 ANG-저장 저장조 내에서의 유체 역학의 균질한 분포를 생성하여, 특히 차량 응용을 위한 흡착 저장조의 충전 사이클에 필요한 충전 시간을 실질적으로 줄이는 것이다.
본 기술분야에서 부딪히는 문제 때문에, 본 발명의 목적은 ANG-저장 저장소 내에서의 유체 역학의 균질한 분포를 생성하여, 특히 차량 응용을 위한 흡착 저장소의 충전 사이클에 필요한 충전 시간을 실질적으로 줄이는 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 흡착 매체, 예를 들어 금속 유기 골격체(MOF)를 포함하고, 튜브 형상을 갖고, 중공형 내부를 규정하는 외벽(mantle)을 구비하는, ANG-수착 저장소용 충전 장치는 그러한 외벽 내의 오리피스를 포함하며, 수착 저장소는 실질적으로 수평으로 장착되고, 상기 오리피스는 충전 장치의 상측부에 배열될 수도 있다. 대안적으로, 상기 오리피스는 상기 충전 장치에 둘레 방향으로 배열되지만, 상기 충전 장치의 하부에 있는 영역, 예를 들어 상기 충전 장치의 외벽의 둘레부의 30° 내지 180°의 각도, 바람직하게는 약 120°의 각도 내에 있는 영역이 오리피스가 없는 상태로 남아 있다. 이러한 각도는 적어도 하나의 흡착 매체의 기공률에 따라 달라질 수도 있다. 기공률은 펠릿 형상의 적어도 하나의 흡착 매체 사이의 공간을 수착 저장소의 전체 중공형 내부 공간으로 나눈 비율로서 정의된다.
상기 외벽으로부터, 충전 장치는 상기 수착 저장소를 통해 축방향으로 연장된다.
상기 충전 장치의 상측부에만 오리피스가 제공되고 상기 충전 장치의 둘레부의 하측부가 30° 내지 180°, 바람직하게는 120°의 각도 내에서 폐쇄되어 있기 때문에, 메탄(CH4)과 같은 탄화수소 또는 다른 천연 가스의 가스 제트는 실질적인 수평 방향으로 배열된 상기 ANG-수착 저장소의 하부 방향으로 방출되지 않는다. 제트는 상기 ANG-수착 저장소의 내부의 상측부 내로만 방출되고, 그에 따라 상기 ANG-수착 저장소의 내부에 존재하는 MOF와 같은 흡착 재료 내에서의 균일한 온도 분포가 달성된다. 본 발명에 따른 해결책의 주요 효과는 상기 ANG-수착 저장소의 둘레부의 외부 냉각을 받는 주변 영역으로 그 중심으로부터의 MOF-펠릿의 열 전도성을 증가시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 오리피스는 상기 충전 장치의 외벽에 축방향으로 배열된다. 튜브형 충전 장치의 전체 길이의 1/3 또는 2/3에서 시작되는 상기 오리피스의 배열이 매우 유익하다. 상기 오리피스가 축방향으로 상기 충전 장치의 길이 반부로부터 시작하여 배열되지만, 30° 내지 180°, 바람직하게는 120°의 각도 내에서의 상기 충전 장치의 둘레부의 하측면 영역에는 배열되지 않는 것이 매우 양호한 결과를 달성한다.
다른 유리한 실시예는 상기 튜브형 충전 장치의 축방향에서 볼 때 서로에 대해 등거리로 배열되는 오리피스에 의해 제공된다. 상기 오리피스는 상기 충전 장치의 상측부에 열을 지어 배열될 수도 있으며, 상기 열은 충전 장치의 표면 상에 서로에 대해 등거리로 배열된다. 오리피스의 개수는 상기 상측부의 둘레 방향으로 각 열의 균일 또는 분균일한 분포로 3, 4 또는 7 사이에서 변한다. 상기 오리피스는 구멍 또는 슬롯으로서 기계가공될 수도 있으며, 슬롯은 상기 충전 장치의 중공형 내부를 규정하는 외벽의 축방향으로 연장되며, 슬롯형 오리피스는 또한 30° 내지 180°의 각도, 바람직하게는 120°의 각도 내에서 상기 충전 장치의 둘레부의 하측부에 존재하지 않는다. 실질적인 튜브 형상을 갖는 상기 충전 장치는 실질적인 원통형 구성을 갖는 상기 ANG-수착 저장소의 하나의 단부면 상에 체결된다.
상기 충전 장치의 상측부의 둘레부를 따라 배열된 오리피스는 동일한 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 본 맥락에서는, 이것은 상기 오리피스가, 구멍으로 제조되는지 또는 슬롯으로 제조되는지와 무관하게, 직경에 대해 동일하고, 슬롯 길이에 대해 동일하다는 것을 의미하고, 여기서 슬롯은 충전 장치의 축방향으로 연장된다.
대안적으로, 충전 장치는 상기 충전 장치의 축방향으로, 즉 상기 충전 장치의 외벽에 배열되고 가변 직경을 가질 수도 있는 오리피스를 포함할 수도 있다. 이것은 상기 충전 장치의 축방향으로 등거리로 또는 다른 거리로 배열된 상기 오리피스가 연속적으로 감소하는 직경을 가질 수도 있거나, 또는 충전 장치의 축방향에서 볼 때 가변 직경, 즉 특히 튜브 형상의 충전 장치의 길이의 반부로부터 시작하여 증가하는 직경을 가질 수도 있다. 충전 장치의 상측부의 표면 상에 등거리로 배열된 오리피스를 갖는 대신에, 상기 오리피스는 상기 튜브형 충전 장치의 단부, 즉 팁에 대해 가변 거리, 즉 축방향으로 감소 또는 증가하는 거리로 배열될 수도 있다. 이러한 맥락에서, 오리피스는 하측 둘레부의 30° 내지 180°, 바람직하게는 약 120°의 각도 내에서, 본 발명에 따른 충전 장치의 둘레부의 하측부를 따라 존재하지 않는다.
특히 드릴 작업에 의해 구멍으로 제조되는지, 또는 드릴 또는 소잉(sawing) 작업에 의해 슬롯으로 제조되는지와 무관하게, 상기 충전 장치의 상측부에 오리피스 패턴이 형성된다. 상기 패턴은 구멍의 패턴 또는 슬롯의 패턴으로 배열될 수도 있으며, 상기 오리피스는 직경 또는 슬롯 길이 면에서 동일한 기하학적 형상을 가질 수 있거나 가변적인 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 충전 장치의 상측 반부의 표면 상의 패턴 배열에 있어서, 상기 오리피스는 충전 장치의 상측 쉘의 둘레부를 따라 인접한 열로 배열될 오리피스에 대해서 서로에 대해 오프셋(offset)을 가질 수도 있다. 본 발명은 또한, 금속 유기 골격체(MOF)와 같은 적어도 하나의 흡착 재료를 포함하고 전술한 바와 같은 충전 장치를 구비하는 수착 저장소, 즉 ANG-수착 저장소를 개시한다. 상기 ANG-수착 저장소는 실질적인 원통 형상을 가지며, 수평 방향으로 배열된다. 바람직한 실시예에 있어서, 충전 장치는 ANG-수착 저장소 내에 그 중앙 통로에 배열되고, 그에 따라 튜브형 충전 장치의 표면은 ANG-수착 저장소를 규정하는 내부벽에 대해 등거리에 있다.
상기 충전 장치의 상측부에만 오리피스가 제공되고 상기 충전 장치의 둘레부의 하측부가 약 30° 내지 180°, 바람직하게는 120°의 각도 내에서 폐쇄되어 있기 때문에, 메탄(CH4)과 같은 탄화수소 또는 다른 천연 가스의 가스 제트는 실질적인 수평 방향으로 배열된 상기 ANG-수착 저장소의 하부 방향으로 방출되지 않는다. 제트는 상기 ANG-수착 저장소의 내부로만 방출되고, 따라서 상기 ANG-수착 저장소의 내부에 존재하는 MOF와 같은 흡착 재료 내에서의 균일한 온도 분포가 달성된다. 본 발명에 따른 해결책의 주요 효과는 상기 ANG-수착 저장소의 둘레부 상의 외부 냉각을 받는 주변 영역으로 그 중심으로부터의 MOF-펠릿의 열 전도성을 증가시키는 것이다.
본 충전 장치를 ANG-수착 저장소 내에 구현함으로써, ANG-수착 저장소 내에서의 유체 역학의 매우 균질한 분포뿐만 아니라 ANG-수착 저장소 내에서의 균일한 온도 분포 면에서의 향상이 달성되므로, 연료 스테이션에서의 충전 사이클에 필요한 시간이 약 30%정도 줄어든다. 본 발명은 트럭과 같은 운송 차량을 위한 대형 ANG-수착 저장소에 구현될 수 있으며, 다른 실시예에서는, 그 둘레부에 오리피스를 갖지 않지만 대신에 굽힘 단부 섹션 및 개방-단부 섹션을 갖는 충전 장치는 승용차용의 소형 ANG-수착 저장소에 구현될 수도 있다. 유리하게는, ANG-수착 저장소에 있어서의 본 발명의 구현은, 가스 제트가 수착 저장소의 하부 내로, 즉 ANG-수착 저장소 내의 그 하부에 존재하는 흡착 재료의 방향으로 분출되므로, 중력으로 인한 불리한 영향을 제거한다. 이것은 CH4, H2 등과 같은 천연 가스가 수착 저장소를 통해 순환되는 경우에 충전 시간에 긍정적인 영향을 미치는, 수착 저장소 내에서의 보다 균일한 온도 분포에 기여한다. 천연 가스를 순환시킴으로써, 수착 저장소의 내부의 온도가 낮아진다. 낮은 온도에서, 많은 천연 가스가 적어도 하나의 수착 매체에 의해 흡착될 수 있으며, 그에 따라 가스의 최대량이 보다 짧은 시간 기간에 수착 저장소를 통해 충전될 수 있다.
또한, 전술한 냉각으로 인해, 금속 유기 골격체(MOF) 재료에서의 국소 핫 스폿(hot spot)이 회피되므로, 금속 유기 골격체(MOF)가 마모되지 않으며, 그에 따라 금속 유기 골격체의 지속시간 및 저장 용량이 향상된다. 더욱이, 수착 저장소의 벽은 과도한 온도 변동을 덜 받는다. 탄소 섬유로 제조된 수착 저장소 벽은 특히 그 라이너가 80℃ 초과의 온도에서 초기 파손되기 쉽다.
수착 저장소를 통한 천연 가스의 순환의 구현시에, 출구는 입구가 배열되는 수착 저장소의 부분에 배열될 수 있다. 이러한 경우에, 유리하게는 튜브형 충전 장치의 마지막 3/4 부분, 바람직하게는 반부만이 오리피스를 갖도록 천공, 즉 성형될 것이다. 또한, 오리피스의 축방향 거리가 튜브형 충전 장치의 팁, 즉 단부를 향한 방향으로 감소될 수 있거나, 오리피스의 직경이 튜브형 충전 장치의 단부를 향한 방향으로 증가할 수도 있다. 특히 작은 공간이 이용가능한 승용차 응용에 있어서, 상기 튜브형 충전 장치의 단부 부분은 상측 방향으로 구부러진다. 굽힘각(bending angle)은 바람직하게는 30° 내지 90°, 바람직하게는 65°로 선택된다. 이러한 경우에는, 상기 충전 장치는 이 충전 장치의 튜브형 본체의 단부에만 출구를 갖는다.
출구가 그 반대측에 배열되는 경우에, 충전 장치의 오리피스는 상이한 크기를 가져야 한다. 대안적으로, 축방향에서 볼 때 오리피스의 거리는 출구 방향으로 증가할 수도 있다. 튜브형 충전 장치의 외주부 상에 배열된 오리피스들 사이의 거리가 동일하지만, 30° 내지 180°, 바람직하게는 약 120°의 둘레부의 상측부가 실질적으로 오리피스를 갖지 않는다고 가정하면, 상기 오리피스는 튜브형 충전 장치에 있어서의 최상측 오리피스와 최하측 오리피스 사이에서 약 팩터(factor) 10, 바람직하게는 약 팩터 2보다 크다.
정상 충전 사이클에서, 0.3 내지 0.5의 기공률을 가정하면, 바람직하게는 오리피스들 사이의 거리는 오리피스의 크기가 동일하다면 약 팩터 7로 축방향으로 감소되어야 한다. 보다 큰 기공률, 즉 0.5 초과의 기공률을 가정하면, 오리피스 거리는 약 1 내지 7 사이의 팩터로 감소되어야 한다. 보다 작은 기공률, 즉 0.3 미만의 기공률이라면, 오리피스 사이의 거리는 팩터 7 내지 10으로 감소되어야 한다.
본 발명에 따른 수착 저장소의 입구 및 출구에 대하여, 입구의 단면이 동일하여야 한다.
오리피스의 크기가 펠릿의 크기보다 작도록 선택되어야 하고, 그에 따라 튜브형 오리피스의 중공형 내부로의 펠릿의 진입을 방지하는 것을 언급하는 것은 가치가 있다. 특히 원형 형상인 오리피스의 크기는 유리하게는 0.5㎜ 내지 3㎜ 내에서 선택되어야 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 적어도 하나의 용기는 500bar 이하의 범위, 바람직하게는 1bar 내지 400bar의 범위, 가장 바람직하게는 1bar 내지 250bar의 범위, 및 특히 바람직하게는 1bar 내지 100bar의 범위의 압력으로 가스를 저장하기 위한 압력 용기이다.
본 발명은 첨부 도면에 의해 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 입구 및 출구를 갖는 ANG-수착 저장소의 제 1 실시예를 도시하는 도면,
도 2는 열교환기 및 압축 수단을 포함하는 순환 회로를 갖는 ANG-수착 저장소의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 3은 가스 제트가 ANG-수착 저장소의 상반부 내로 분사된 상태의 튜브형 충전 장치의 일 실시예를 보다 상세하게 도시하는 도면,
도 4는 도 3에 따른 충전 장치를 통한 제 1 단면을 도시하는 도면,
도 5는 도 3에 따른 충전 장치를 통한 제 2 단면을 도시하는 도면,
도 6은 굽힘 섹션을 갖는 본 발명에 따른 충전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 7은 충전 장치의 상반부 상의 오리피스 패턴을 평면도로 도시하는 것으로서, 오리피스가 구멍인 것을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 충전 장치의 상반부의 표면 상의 슬롯 패턴의 일 실시예를 도시하는 도면,
도 9는 동일한 단부면 상에 입구 및 출구를 갖는 ANG-수착 저장소의 일 실시예를 도시하는 도면.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 저장된 가스는 탄화수소 및/또는 물, 및 이들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 저장된 가스는 메탄, 에탄, 부탄, 수소, 프로판, 프로펜, 에틸렌, 물 및/또는 메탄, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 가스, 특히 천연 가스를 포함한다. 저장된 가스는 주성분으로서 메탄을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
연료는 본 발명의 수착 저장소에 저장되고, 예를 들어 내연기관 또는 연료 전지에 탈착에 의해 제공될 수 있다. 메탄은 특히 내연기관용 연료로서 적합하다. 연료 전지는 바람직하는 메탄올 또는 수소를 이용하여 작동된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 가스 흡착 매체는 다공성 및/또는 미세다공성 고체이다.
일반적으로, 다양한 재료가 적용될 수 있으며, 용기 내에서의 가스 유동에 대한 영향, 충진 밀도 및 열 용량에 관한 특성과 무관하게 가스 흡착 매체에 결합될 수 있다. 흡착 매체는 바람직하게는 펠릿으로서 적용되지만, 마찬가지로 분말, 모놀리스(monolith) 또는 임의의 다른 형태로 적용될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 가스 흡착 매체는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나, 실리카 겔, 개기공 폴리머 폼(open-pore polymer foam) 및 금속 유기 골격체, 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
수착 저장소용의 흡착 매체로서 다양한 재료가 적합하다. 바람직하게는, 흡착 매체는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미늄, 실리카 겔, 개기공 폴리머 폼 및 금속 유기 골격체(MOF)를 포함한다. 흡착 매체는 바람직하게는 금속 유기 골격체(MOF)를 포함한다.
제올라이트는 AlO4 및 SiO4 사면체로 이루어진 미세다공성 골격 구조를 갖는 결정성 알루미노실리케이트이다. 여기서, 알루미늄 및 실리콘 원자는 산소 원자를 거쳐서 서로 결합된다. 가능한 제올라이트는 제올라이트 A, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, 제올라이트 X, 모데나이트(mordenite), ZSM(Zeolites Socony Mobil) 5 또는 ZSM 11이다. 적합한 활성 탄소는 특히, 500㎡g-1, 바람직하게는 약 1500㎡g-1, 매우 특히 바람직하게는 3000㎡g-1 이상인 비표면적을 갖는 것이다. 그러한 활성 탄소는 예를 들어 "Energy to Carbon" 또는 "MaxSorb"라는 상표명으로 얻어질 수 있다.
금속 유기 골격체(MOF)는 종래 기술에 알려져 있으며, 예를 들어 미국 특허 제 US 5,648,508 호; 유럽 특허 공개 제 EP-A 0 700 253 호; M. O'Keeffe et al., J. Sol. State Chem., 152 (2000), 페이지 3 내지 20; H. Li et al., Nature 402, 1(1999), 페이지 276; M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9(1999), 페이지 105 내지 111; B. Chen et al., Science 291(2001), 페이지 1021 내지 1023; 독일 특허 공개 제 DE-A 101 11 230 호; 독일 특허 공개 제 DE-A 10 2005 053430 호; 국제 공개 제 WO-A 2007/054581 호; 국제 공개 제 WO-A 2005/049892 호; 및 국제 공개 제 WO-A 2007/023134 호에 개시되어 있다. 유럽 특허 공개 제 EP-A 2 230 288 A2 호에 개시된 금속 유기 골격체(MOF)는 특히 수착 저장소에 적합하다. 바람직한 금속 유기 골격체(MOF)는 MIL-53, Zn-tBu-이소프탈산, Al-BDC, MOF 5, MOF-177, MOF-505, MOF-A520, HKSUST-1, IRMOF-8, IRMOF-11, Cu-BTC, Al-NDC, Al-AminoBDC, Cu-BDC-TEDA, Zn-BDC-TEDA, Al-BTC, Cu-BTC, Al-NDC, Mg-NDC, Al-푸마레이트(Al-fumarate), Zn-2-메틸이미다졸레이트(Zn-2-methylimidazolate), Zn-2-아미노이미다졸레이트(Zn-2-aminoimidazolate), Cu-비페닐디카르복실레이트-TEDA(Cu-biphenyldicarboxylate-TEDA), MOF-74, Cu-BPP, Sc-테레프탈레이트(Sc-terephthalate)이다. MOF-177, MOF-A520, KHUST-1, Sc-테레프탈레이트, Al-BDC, 및 Al-BTC가 보다 바람직하다.
MOF를 준비하는 통상의 방법 이외에, 예를 들어 미국 특허 제 US 5,648,508 호에 개시된 바와 같이, 또한 전기화학적 방법에 의해 준비될 수도 있다. 이와 관련하여, 독일 특허 공개 제 DE-A 103 55 087 호 및 국제 공개 제 WO-A 2005/049892 호가 참조될 수도 있다. 이러한 방식으로 준비된 금속 유기 골격체는 화학 물질, 특히 가스의 흡착 및 탈착에 대하여 특히 양호한 특성을 갖는다.
수착 저장소 내의 흡착에 특히 적합한 재료는 금속 유기 골격체 MOF A520, MOF Z377 및 MOF C300이다.
MOF A520은 알루미늄 푸마레이트를 기반으로 한다. 다공성 측정 또는 질소 흡착에 의해 측정된 MOF A520의 비표면적은 전형적으로 800㎡/g 내지 2000㎡/g의 범위에 있다. 천연 가스에 대한 MOF A520의 흡착 엔탈피는 17kJ/mol에 달한다. 이러한 타입의 MOF에 대한 추가 정보는 "금속-유기 골격체(Metal-Organic Frameworks)(Wiley-VCH Verlag, David Farrusseng, 2011)"에서 알 수 있다. 펠릿은 모두 3㎜의 길이 및 3㎜의 직경을 갖는 원통 형상을 갖는다. 이들의 투과율(permeability)은 바람직하게는 1*10-15㎡ 내지 3*10- 3㎡이다. 펠릿 내의 자유 체적을 고려하지 않고 용기의 전체 체적에 대한 펠릿 사이의 보이드 체적의 비율로서 정의되는 베드(bed)의 기공률은 적어도 0.2이고 예를 들어 0.35이다.
학문적으로는 MOF 타입 177이라고도 지칭되는 MOF Z377은 아연-벤젠-트리벤조에이트(zinc-benzene-tribenzoate)를 기반으로 한다. 다공성 측정 또는 질소 흡착에 의해 측정된 MOF Z377의 비표면적은 전형적으로 2000㎡/g 내지 5000㎡/g의 범위에 있다. MOF Z377은 전형적으로 천연 가스에 대한 12kJ/mol 내지 17kJ/mol의 흡착 엔탈피를 가진다. MOF C300은 구리 벤젠-1,3,5-트리카르복실레이트를 기반으로 하며, 예를 들어 "Basolite® C300"이라는 상표명으로 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 흡착 매체는 펠릿의 베드로서 존재하며, 최소 펠릿 직경에 대한 펠릿의 투과율의 비율은 적어도 1*e-11㎡/m 내지 1*e-16㎡/m이고, 바람직하게는 1*e-12㎡/m 내지 1*e-14㎡/m이고, 보다 바람직하게는 1*e-13㎡/m이다. 가스가 충전 동안에 펠릿 내로 침투하는 비율은 펠릿 내부의 압력이 주위 압력과 동일하게 되는 신속도(rapidity)에 따라 달라진다. 투과율이 감소하고 펠릿의 직경이 증가하는 경우, 이러한 압력 평형을 위한 시간, 및 그에 따른 펠릿의 로딩 시간이 증가한다. 이것은 충전 및 방출의 전체 프로세스에 대해 제한 영향을 미칠 수 있다.
도 1은 ANG-수착 저장소의 제 1 실시예를 도시한다.
ANG-수착 저장소는 원형 단면을 가지며, 참조부호 10으로 지시된다. 상기 ANG-수착 저장소(10)는 입구(12) 및 입구 밸브(14)뿐만 아니라, 출구(16) 및 출구 밸브(18)를 포함한다. 상기 ANG-수착 저장소(10)는 금속 유기 골격체(MOF)와 같은 적어도 하나의 흡착 매체(20)로 충전된다. 도 1에 따르면, 상기 ANG-수착 저장소(10)는 실질적인 수평 방향으로 배열된다. 상기 ANG-수착 저장소(10)의 내부는 제 1 단부면(30) 및 제 2 단부면(32)뿐만 아니라, 도 1에 따르면 둘레 방향으로 연장되는 벽(64)에 의해 규정된다. 충전 장치(22)는 ANG-수착 저장소(10)의 중앙에 배열되고 축방향(34), 즉 ANG-수착 저장소(10)의 축방향으로 연장되며, 다수의 오리피스(48)를 갖고, 각각의 오리피스를 통해 CH4와 같은 천연 가스의 가스 제트(54)가 내부로, 즉 ANG-수착 저장소(10) 내에 존재하는 적어도 하나의 흡착 재료(20) 내로 분출된다. 도 1에 따르면, 화살표는 ANG-수착 저장소(10) 내에서의 가스 매체의 이동을 나타낸다. 가스는 입구(12)에서 상기 ANG-수착 저장소(10)의 내부로, 오리피스(48)에 의해 튜브형 충전 장치(22)의 둘레부 상에서 적어도 하나의 흡착 매체(20) 내로 공급된다. 가스의 일부가 적어도 하나의 흡착 매체(20)에 의해 흡착되고, 나머지가 ANG-수착 저장소(10)에 남는다. 본 발명에 따르면, ANG-수착 저장소(10)의 내부에서의 보다 균일한 유체 역학 및 보다 균일한 온도 분포가 달성된다.
도 2는 순환 회로 내에 끼워넣어진 ANG-수착 저장소의 다른 실시예를 도시한다.
도 2에 따르면, 출구(16)는 압축기(26)에 연결된 출구 밸브(18)를 구비한다. 순환 회로(24)는 도 2에 따르면 순환 회로(24) 내에서 순환된 매체, 즉 천연 가스를 냉각하기 위해 열교환기(28)를 더 포함한다. 입구(12)에 의해서, ANG-수착 저장소(10) 내에 존재하는 적어도 하나의 흡착 매체(20)에서 흡착되는 가스의 양만이 제공된다. 도 2에 따른 실시예는 ANG-수착 저장소(10)의 내부를 통한 가스의 연속적인 순환을 실시하기 위해 외부 가스가 필요하지 않으므로 차량 응용에 매우 유리하다. 도 2에 주어진 실시예에 따르면, 필터링 요소는, 필요하지 않지만, 상기 수착 저장소(10) 내에서 흡착될 천연 가스의 오염을 방지하기 위해 연료 스테이션에 존재한다.
도 2에 따르면, ANG-수착 저장소(10)는 상기 2개의 단부면(30, 32)을 포함하며, 충전 장치(22)는 실질적인 축방향(34)으로 연장되고, 축방향으로 분포된 다수의 오리피스(48)를 갖는다. 충전 장치(22)의 외벽(mantle)의 둘레부에 존재하는 상기 오리피스(48) 각각으로부터 토출되는 가스 제트(54)는 도 2에 따르면 ANG-수착 저장소(10) 내에 존재하는 적어도 하나의 흡착 매체(20) 내로 분출된다. 본 발명에 따르면, 대체로 원통형인 ANG-수착 저장소(10)의 이중 벽(64)에 의해 냉각이 제공된다.
도 3은 ANG-수착 저장소의 하나의 단부면에 고정되어 있는 충전 장치를 보다 상세하게 도시한다.
도 3에 따르면, 튜브 형상을 갖는 상기 충전 장치(22)는 ANG-수착 저장소(10)의 제 1 단부면(30)에 고정된다. 입구(12)를 통해, 흡착될 천연 가스가 충전 장치(22)의 중공형 내부에 공급된다. 본 발명에 따른 충전 장치(22)는 금속 유기 골격체(MOF)와 같은 적어도 하나의 흡착 매체(20)로 충전된 ANG-수착 저장소(10)의 내부로 축방향(64)으로 연장된다. 상기 충전 장치(22)는 중공형 내부를 규정하는 외벽(36)을 포함한다. 상기 충전 장치(22)는 팁(46)을 포함한다. 튜브형 충전 장치(22)는 제 1 상측부(62) 및 하측부(63)를 포함한다. 튜브형 충전 장치(22)의 상측부에는 다수의 오리피스(48)가 구비된 반면, 수착 저장소(10)에 존재하고 선택된 적어도 하나의 흡착 매체/흡착 매체들의 기공률에 따라서, 30° 내지 180°의 각도, 바람직하게는 120°의 각도 내에서 튜브형 충전 장치(22)의 하측 반부(63)의 둘레부에는 오리피스(48)가 없다. 결과적으로, 본 발명에 따르면, 토출되는 가스 제트(54)는 ANG-수착 저장소(10) 내에 존재하는 적어도 하나의 흡착 매체(20)의 상측 영역 또는 상측부 내로만 분출된다. 도 3으로부터, 본 발명에 따른 튜브형 충전 장치의 상측부(62)의 둘레부에 존재하는 오리피스(48)가 약 20㎝ 내지 30㎝의 제 1 길이(44) 후에 시작된다는 것이 명백해진다. 매우 유리한 실시예에 있어서, 튜브형 충전 장치(22)의 상측부(62) 내에 존재하는 오리피스(48)는 길이 반부(half-length)(42) 후에 시작된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 오리피스(48)는 외벽(62) 상에서 둘레 방향(52)으로 서로에 대해 인접하게 열을 지어 배열된다. 상기 오리피스(48)의 열은 가변 거리(50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5, 50.6)로 충전 장치(22)의 외벽(62)에 배열될 수도 있다. 이것은 충전 장치(22)의 길이가 축방향(34)으로 증가함에 따라 오리피스의 인접한 열이 보다 근접한다는 것을 의미한다. 이러한 것은 본 발명에 따른 ANG-수착 저장소(10)의 중간 섹션에서 다량의 천연 가스가 방출되어 ANG-수착 저장소(10) 내에서의 보다 균질한 온도 분포를 제공한다는 것을 의미한다.
대안적으로, 본 발명에 따른 충전 장치(22)의 상측부(62) 상에 존재하는 상기 오리피스(48)의 열은, 본 발명에 따른 ANG-수착 저장소(10)의 제 1 단부면(30)에 관해 충전 장치(22)의 축방향(34)에서 볼 때 등거리로 배열될 수도 있으며, 즉 각 열 사이의 거리가 동일하다.
도 3에 따르면, 튜브형 충전 장치(22) 아래에는, 온도 센서(38)가 배열된다. 온도 센서(38)는 경사각 α(참조부호 40 참조)로 배열된다. 온도 센서(38)에 의해서, 천연 가스 제트(54)를 ANG-수착 저장소(10)의 상측부 내로 방출시키는 충전 장치(22) 아래의 온도가 측정된다.
도 3으로부터, 튜브형 충전 장치(22)의 하측부(63)에는 본 발명에 따른 ANG-수착 저장소(10)의 하부 방향으로 천연 가스의 가스 제트(54)가 방출되는 않는다는 것이 명백해진다. 도 4에 있어서, 각도 영역(δ1, δ2, δ3)이 도시되어 있으며, 그러한 각도 영역 내에서는, 충전 장치(22)의 하측부(63)에 오리피스(48)가 존재하지 않는다.
도 4에는, 도 3에 따른 충전 장치의 단면이 확대 스케일로 제공된다.
도 4에 따르면, 튜브형 충전 장치(22)의 상측부(62)에는 다수의 오리피스(48)가 제조되어 있다. 도 5에 따른 예에 있어서, 오리피스(48)는 본 발명에 따른 충전 장치(22)의 상측부(62)의 표면 상에 둘레 방향(52)으로 배열된다. 각각의 상기 오리피스(48)를 통해서, ANG-수착 저장소의 내부에 존재하는 금속 유기 골격체(MOF)와 같은 적어도 하나의 흡착 매체(20) 내로 천연 가스의 가스 제트(54)가 분출된다. 본 발명에 따른 충전 장치(22)의 외벽(63)의 외측면은 참조부호 84로 지시된다.
도 5는 상측부(62)에 배열된 3개의 오리피스(48)만을 갖는, 도 3에 다른 튜브형 충전 장치의 단면을 도시한다. 도 4에 따른 실시예에 도시된 5개의 오리피스(48) 대신에, 도 5에 따른 실시예는 본 발명에 따른 충전 장치(22)의 상측부(62)에 존재하는 3개의 오리피스(48)만을 포함한다. 따라서, 천연 가스의 3개의 가스 제트(54) 만이 충전 장치(22)로부터 실질적으로 수직방향으로 분출된다.
도 4 및 도 5에 대하여, 충전 장치(22)의 상측부(62)에 존재하는 오리피스(48)의 개수는 ANG-수착 저장소(10)의 크기 및 ANG-수착 저장소 내에 존재하는 적어도 하나의 흡착 매체(20)의 재료에 따라 달라진다. 적어도 하나의 흡착 재료는 원통형, 볼형 또는 직사각형 등의 기하학적 형상을 갖는 펠릿으로 성형된다. 펠릿의 기하학적 형상은 수착 저장소(10) 내의 압력 손실을 규정한다. 수착 저장소의 전체 체적에 대한 펠릿 사이의 중공 공간의 비율로서 규정된 기공률이 0.3 미만이라고 가정하면, 충전 장치(22)의 상측부(62)에만, 오리피스가 원형 형상 또는 슬롯 형상으로 제공된다. 기공률이 0.5 내지 0.3이라고 가정하면, 본 발명에 따른 충전 장치의 하측 둘레부, 즉 하측부(63)에는 120° 및 180°의 각도 내에서 오리피스(48)가 없는 것이 매우 유익하다. 기공률이 0.3 미만이라면, 하측부(63)의 둘레부의 약 60°의 각도 영역에는 오리피스(48)가 없어야 하지만, 튜브형 충전 장치(22)의 상측부(62)에는 오리피스(48)가 존재한다.
상기에서 논의된 바와 같은 도 4 및 도 5에 따른 단면에 도시된 오리피스는 충전 장치에 사용된 재료 및 제조 옵션에 따라서 구멍 또는 슬롯으로 형성될 수도 있다.
도 6은 승용차에 사용하기 위한 본 발명의 충전 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 3, 도 4 및 도 5와 관련하여 상기에서 논의된 바와 같은 충전 장치와 대조적으로, 도 6에 따른 충전 장치(22)의 외벽(36)은 그 상측부(62)에 오리피스(48)가 존재하는 않는다. 대신에, 도 6에 따른 실시예에 있어서의 충전 장치(22)는 개방-단부 섹션(56)을 포함한다. 개방-단부 섹션(56)은 굽힘 섹션(58)에 배열된 하나의 개구부만을 포함한다. 도 6에 주어진 실시예에 따른 튜브형 충전 장치(22)의 굽힘 섹션(58)은 45° 내지 90°, 바람직하게는 약 60°의 굽힘각(60)만큼 수직 방향으로 지향된다. 굽힘각은 참조부호(60, β)로 지시된다. 도 6에 따른 충전 장치(22)의 실시예는 약 100ℓ의 체적을 갖는, 승용차를 위한 소형 ANG-수착 저장소(10)에 매우 유리하다. 본 발명에 따르면, 오리피스(48)는 본 발명에 따른 튜브형 충전 장치(22)의 상측부(62)의 표면(84) 상에 패턴을 이루어 배열될 수도 있다. 이것이 도 7 및 도 8에 가장 잘 도시되어 있다.
도 7에 따르면, 오리피스 패턴(72)은 평면도로 도시되어 있으며, 오리피스 패턴(72)에 따른 오리피스(48)는 구멍으로서 구현된다. 도 7에 도시된 상기 구멍은 도 7에 따른 제 2 직경(68)보다 큰 제 1 직경(66)을 가질 수도 있다. 도 7에 따른 평면도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 구멍형 오리피스(48)는 튜브형 충전 장치(22)의 상측부(62) 상에 둘레 방향(52)으로 열을 지어 배열된다. 도 7에 있어서, 오리피스 패턴(72) 내에서의 단일의 구멍형 오리피스(48)가 인접한 열 또는 구멍형 오리피스(48)에 대해 오프셋(70)을 가질 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 구멍형 오리피스(48)의 직경은 축방향(34)에서 볼 때 증가한다. 도시되지 않은 대안 실시예에 있어서, 구멍형 오리피스의 직경은 도 3에 도시된 바와 같은 튜브형 충전 장치(22)의 길이 반부(42)로부터 시작하여 충전 장치(22)의 상측 반부(62)의 축방향으로 증가할 수도 있다.
이러한 대안 실시예에 있어서, 충전 장치(22)의 외벽(36) 상의 길이 반부(42)로부터 시작하는 길이 반부에서, 구멍형 오리피스(48)는 보다 작은 직경, 즉 제 2 직경(68)을 가질 수도 있으며, 이러한 직경은 축방향(34)에서 볼 때 구멍형 오리피스(48)의 인접 열에서 증가한다.
도 8에 있어서, 오리피스의 다른 구성이 도시되어 있으며, 상기 오리피스는 슬롯 형상을 갖는다. 도 8에 따른 슬롯 패턴(76)은 본 발명에 따른 튜브형 충전 장치(22)의 상측 반부/상측 쉘(62) 상에 둘레 방향(52)으로 배열된 슬롯형 오리피스(48)의 유사한 열을 포함한다. 도 8에 따른 평면도에 주어진 슬롯 패턴(76)에 따르면, 축방향(34)에 있어서의 슬롯 길이(78, 80, 82)는 축방향에서 볼 때 변한다. 도 7에서 이미 도시된 바와 같이, 슬롯형 오리피스(48)는 서로에 대해 오프셋(70)을 가질 수도 있다. 도 8에 주어진 실시예에 있어서, 슬롯 길이(78, 80, 82)는 축방향(34)으로 증가하며, 별도의 도면에 주어진 도시되지 않은 실시예에서는, 1/3 부분 또는 1/2 부분(42)(도 3 참조)에서 시작하여, 슬롯형 오리피스 패턴(76)은 둘레 방향(52)으로 열을 지어 배열된 제 3 길이(80), 즉 최소 길이의 슬롯과, 이것에 후속하는 제 2 슬롯 길이(72)를 갖는 슬롯형 오리피스(48)의 열과, 이것에 후속하는 제 1 슬롯 길이(78)의 슬롯형 오리피스(48)의 열을 포함할 수도 있다. 이러한 도시되지 않은 실시예에 따르면, 슬롯 길이는 본 발명에 따른 튜브형 충전 장치(22)의 축방향(34)에서 볼 때 증가한다.
바람직하게는, 오리피스(48)의 슬롯 길이(78, 80, 82) 또는 직경(66, 68)은 본 발명에 따른 ANG-수착 저장소(10)의 내부에 존재하는 적어도 하나의 흡착 재료(20)의 펠릿의 크기보다 작아야 한다. 이것은 흡착 재료(20)의 입자가 충전 장치(22)의 중공형 내부로 추가되지 않는 것을 보장한다. 다수의 오리피스(48)가 배치된 오리피스(48)의 면적은 출구(16)의 면적과 동일하다. ANG-수착 저장소(10)의 출구(16)의 면적 및 입구(12)의 면적은 속도를 낮은 레벨로 유지하고 압력 손실을 개선하기에 충분하여야 한다.
도 9는 동일한 단부면 상에 입구(12) 및 출구(16)를 갖는 ANG-수착 저장소의 일 실시예를 도시한다.
도 9에 도시된 실시예에 따르면, 입구 밸브(14)를 갖는 입구(12) 및 출구 밸브(18)를 갖는 출구(16)는 모두 제 1 단부면(30)에 위치되어 있다. 도 2와 비슷하게, 입구 밸브(14)와 출구 밸브(18)를 연결하는 순환 회로(24)가 구현될 수도 있다. 입구(12) 및 출구(16)가 수착 저장소(10)의 동일한 단부면 상에 위치된 경우에 있어서, 충전 파이프(22)의 제 1 길이(44)는 충전 파이프(22)의 전체 길이에 대한 길이가, 바람직하게는 25% 내지 75%, 특히 바람직하게는 40% 내지 60%, 및 가장 바람직하게는 50%이며, 본 발명에 따른 튜브형 충전 파이프(22)의 상측부(62)의 둘레부 상에 존재하는 오리피스(48)는 축방향에서 볼 때 제 1 길이(44) 후에 시작된다.
10 : ANG-수착 저장소 12 : 입구
14 : 입구 밸브 16 : 출구
18 : 출구 밸브 20 : 흡착 매체
22 : 충전 장치, 충전 파이프 24 : 순환 회로
26 : 압축기 28 : 열교환기
30 : 제 1 단부면 32 : 제 2 단부면
34 : x-방향, 축방향 36 : 외벽
38 : 온도 센서 40 : 경사각 α
42 : 길이 반부 44 : 제 1 길이
46 : 팁 48 : 오리피스
50.1 내지 50.6 : 거리 52 : 둘레 방향
54 : 방출하는 가스 제트 56 : 단부 섹션
58 : 굽힘 섹션 60 : 굽힘각 β
62 : 상측부 63 : 하측부
64 : 수착 탱크의 이중 벽 66 : 오리피스의 제 1 직경
68 : 오리피스의 제 2 직경 70 : 오리피스의 오프셋
72 : 오리피스 패턴 74 : ANG-수착 저장소의 내부
76 : 슬롯 패턴 78 : 제 1 슬롯 길이
80 : 제 2 슬롯 길이 82 : 제 3 슬롯 길이
84 : 외벽의 외측면

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 흡착 매체(20)를 포함하는 ANG-수착 저장소(10)용 충전 장치(22)에 있어서,
    상기 충전 장치(22)는 튜브 형상을 갖고, 중공형 내부를 규정하는 외벽(36) 및 상기 외벽(36) 내의 오리피스(48)를 구비하며, 상기 ANG-수착 저장소(10)는 실질적으로 수평으로 장착되고, 상기 오리피스(48)는 상기 ANG-수착 저장소(10)를 통해 축방향(34)으로 연장되는 상기 충전 장치(22)의 외벽(36)의 상측부(62)에 배열되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    30° 내지 180°의 각도, 바람직하게는 120°의 각도 내에 있는 상기 충전 장치(22)의 하측부(63)는 오리피스(48)가 없으며, 그에 따라 상기 수착 저장소(10)의 하부로 지향되는 가스 제트를 방지하며, 상기 각도는 적어도 하나의 흡착 재료(20)의 기공률에 따라 선택되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 상기 외벽(36)에 축방향(34)으로 배열되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 서로에 대해 축방향(34)으로 등거리로 배열되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 서로에 대해 축방향(34)으로 가변 거리(50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5, 50.6)로 배열되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 구멍 또는 슬롯인
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 장치(22)는 상기 ANG-수착 저장소(10)의 단부면(30, 32)으로부터 연장되는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 동일한 기하학적 형상을 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 상기 외벽(36)의 둘레부(52) 주위로 열을 지어 배열되고, 각 열은 적어도 3개의 오리피스(48)를 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외벽(36)에 축방향(34)으로 배열된 상기 오리피스(48)는 축방향(34)에서 볼 때 감소 또는 증가하는 직경(66, 68)을 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 상기 외벽(36)에 오리피스 패턴(72)을 형성하고, 오리피스(48)의 인접한 열에 있는 오리피스(48)는 서로에 대해 오프셋(70)을 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스(48)는 상기 외벽(36)에 슬롯 패턴(76)으로 배열되고, 상기 오리피스(48)는 상이한 슬롯 길이(78, 80, 82)를 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외벽(36)에 축방향(34)으로 배열된 상기 오리피스(48)는 축방향(34)에서 볼 때 감소 또는 증가하는 슬롯 길이(78, 80, 82)를 갖는
    ANG-수착 저장소용 충전 장치.
  14. 적어도 하나의 흡착 재료(20)를 포함하는 ANG-수착 저장소(10)에 있어서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 충전 장치(22)를 구비하는
    ANG-수착 저장소.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 ANG-수착 저장소(10)는 실질적인 원통 형상을 갖는
    ANG-수착 저장소.
  16. 제 14 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 충전 장치(22)는 상기 ANG-수착 저장소(10)의 대칭 통로로서 중앙 통로에 배열되는
    ANG-수착 저장소.
  17. 제 14 항에 있어서,
    입구(12)가 제 1 단부면(30)에 위치되고, 출구(16)가 제 2 단부면(32)에 위치되며, 상기 오리피스(48)는 축방향(34)에서 볼 때 감소하는 직경(66, 68)을 갖거나, 상기 오리피스(48)는 서로에 대해 축방향(34)으로 증가하는 거리(50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5, 50.6)로 배열되거나, 또는 상기 오리피스(48)는 축방향(34)에서 볼 때 감소하는 슬롯 길이(78, 80, 82)를 갖는
    ANG-수착 저장소.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 입구(12) 및 출구(16)는 하나의 단부면(30, 32)에 위치되고, 상기 오리피스(48)는 축방향(34)에서 볼 때 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 충전 장치(22)의 전체 길이에 대한 길이가 40% 내지 60%인 제 1 길이(44) 후에 시작되는
    ANG-수착 저장소.
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