KR20160098065A - 고 에너지 밀도 디바이스용 격납 시스템 및 방법 - Google Patents

고 에너지 밀도 디바이스용 격납 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20160098065A
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KR
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containment layer
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KR1020160014370A
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존 엔. 해리스
다니엘 비. 슬래턴
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더 보잉 컴파니
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Abstract

격납 시스템(10)으로서, 상기 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적(30)을 규정하며, 열 재료를 포함하는 1차 격납 층(14); 적어도 부분적으로 2차 격납 체적(22)을 규정하며, 가스 포집 재료(72)를 포함하는 2차 격납 층(16)―상기 1차 격납 층이 2차 격납 체적에 위치됨―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적(24)을 규정하며, 방탄 재료를 포함하는 3차 격납 층―상기 2차 격납 층이 3차 격납 체적에 위치됨―;을 포함한다.

Description

고 에너지 밀도 디바이스용 격납 시스템 및 방법 {CONTAINMENT SYSTEM AND METHOD FOR HIGH ENERGY DENSITY DEVICES}
본 출원은 고 에너지 밀도 디바이스들, 이를테면 리튬 이온 배터리들에 관한 것이며, 보다 자세하게는, 기능 이상(malfunction), 이를테면 열 폭주(thermal runaway) 시에 이러한 고 에너지 밀도 디바이스들을 포함하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
재충전 가능한 배터리들이 다양한 적용분야들, 이를테면 기내 탑재(onboard aircraft) 및 전자 디바이스들(예컨대, 컴퓨터들 및 휴대 전화들)에서 사용된다. 다양한 유형의 재충전 가능한 배터리들이 시중에서 입수가능하지만, 리튬 이온 배터리들, 이를테면 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 배터리들이, 이들 배터리들의 비교적 고 에너지 밀도 및 부분 충전 이후에 배터리 메모리의 결여로 인해서, 보편적으로 사용된다.
리튬 이온 배터리들은 부하를 받는 상태에서 그리고 충전 상태 양자 모두에서 열을 발생시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 배터리 적용이 리튬 이온 배터리들에 의해 제공되는 고 에너지 밀도로부터 이익이 있는 경우, 열 관리가 보편적으로 채용된다. 리튬 이온 배터리들의 열 관리의 하나의 예는, 리튬 이온 배터리의 다양한 전지들을 물리적으로 분리시키는 것을 포함한다. 리튬 이온 배터리들의 열 관리중 다른 예는, 고압을 견딜 수 있는 용기(vessel)에서 리튬 이온 배터리를 수납하는 것을 포함한다. 열 관리의 다른 예는, 과열을 겪고 있는 임의의 전지들이 셧다운될 수 있도록 리튬 이온 배터리의 각각의 전지의 온도를 감시하는 것을 포함한다.
이미 발전들이 이루어져 있음에도 불구하고, 당업자들은 리튬 이온 배터리 격납 분야의 연구 및 개선의 노력들을 계속하고 있다.
일 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층(containment layer)―상기 1차 격납 층은 열 재료(thermal material)를 포함함―; 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료(gas capturing material)를 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정됨―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료(ballistic material)를 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 열 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 열 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 열 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 상기 1차 격납 체적에 수용되는 고 에너지 밀도 디바이스를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 상기 2차 격납 체적에 수용되는 고 에너지 밀도 디바이스를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 상기 3차 격납 체적에 수용되는 고 에너지 밀도 디바이스를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 격납 시스템은, 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 상변화 재료 및 캐리어를 포함하고, 상기 상변화 재료는 상기 캐리어에 의해 지지됨―; 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 2차 격납 층은 가스 투과 층, 가스 불투과 층 및 상기 가스 투과 층과 상기 가스 불투과 층 사이에 위치 설정되는 가스 포집 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 2차 격납 층이 상기 3차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 3차 격납 층은 라이너 재료(liner material) 및 상기 라이너 재료에 연결되는 팽창성 재료(dilatant material)를 포함함―을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 개시된 격납 방법은, (1) 고 에너지 밀도 디바이스를 제공하는 단계; (2) 열 재료를 포함하는 1차 격납 층 내에서 적어도 부분적으로 상기 고 에너지 밀도 디바이스를 밀폐하는 단계; (3) 가스 포집 재료를 포함하는 2차 격납 층 내에서 상기 1차 격납 층을 밀폐하는 단계; 및 (4) 탄도성 재료를 포함하는 3차 격납 층 내에서 상기 2차 격납 층을 밀폐하는 단계를 포함할 수 있다.
고 에너지 밀도 디바이스들을 위해, 개시된 격납 시스템 및 방법의 다른 실시예들이 하기 상세한 설명, 첨부 도면들 및 첨부된 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 고 에너지 밀도 디바이스들을 위해, 개시된 격납 시스템의 일 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 다수의 전지들을 갖는 고 에너지 밀도 디바이스에 적용되게 도시된 도 1의 격납 시스템의 1차 격납 층의 상부 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 1차 격납 층의 측면 입면도이다.
도 4는 도 1의 격납 시스템의 1차 격납 층의 일 양태의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 격납 시스템의 1차 격납 층의 다른 양태의 사시도이다.
도 6은 도 5의 1차 격납 층의 확대 입면도이다.
도 7은 도 1의 격납 시스템의 2차 격납 층의 횡단면도이다.
도 8은 1차 격납 층 위에서 2차 격납 층을 지지하기 위한 지지 구조물의 개략적인 측면 입면도이다.
도 9는 도 8의 지지 구조물 위에 위치 설정되는 2차 격납 층의 개략적인 측면 입면도이다.
도 10은 도 1의 격납 시스템의 3차 격납 층의 일 양태의 횡단면도이다.
도 11은 도 1의 격납 시스템의 3차 격납 층의 다른 양태의 횡단면도이다.
도 12는 2차 격납 층 위에서 3차 격납 층을 지지하기 위한 지지 구조물의 개략적인 측면 입면도이다.
도 13은 도 12의 지지 구조물 위에 위치 설정되는 3차 격납 층의 개략적인 측면 입면도이다.
도 14는 고 에너지 밀도 디바이스들을 위해, 개시된 격납 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 15는 항공기 제조 및 서비스 방법론의 흐름도이다.
도 16은 항공기의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 위한, 일반적으로 "10"으로 표시된, 격납 시스템의 일 실시예가 개시된다. 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 격납 시스템(10) 내에 위치 설정될 수 있다. 따라서, 격납 시스템(10)은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열, 가스들, 액체들 및/또는 고체들(예컨대, 입자들 또는 벌크 피스들)을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, "고 에너지 밀도 디바이스"는, 저장에 의해서든 또는 발생(generation)에 의해서든지 간에, 디바이스의 단위 체적(또는 질량) 당 비교적 높은 전기 에너지량을 산출하는 임의의 전기 에너지 소스를 광범위하게 지칭한다. 하나의 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 배터리, 이를테면 리튬 이온 배터리일 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 연료 전지, 이를테면 양자 교환막 연료 전지(proton exchange membrane fuel cell) 또는 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cell)일 수 있다. 또 다른 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 슈퍼커패시터(supercapacitor)일 수 있다.
격납 시스템(10)은, 1차 격납 층(14), 2차 격납 층(16), 및/또는 3차 격납 층(18)을 포함한다. 2차 격납 층(16)은 3차 격납 층(18) 내에 위치 설정될 수 있다. 1차 격납 층(14)은 2차 격납 층(16) 내에 위치 설정될 수 있다. 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 1차 격납 층(14) 내에 위치 설정될 수 있다.
3 개의 격납 층들(1차 격납 층(14), 2차 격납 층(16) 및 3차 격납 층(18))을 갖는 격납 시스템(10)이 도시되고 설명되어 있지만, 하나 또는 그 초과의 추가 격납 층들이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 격납 시스템(10) 내로 통합될 수 있다. 추가 격납 층은 1차 격납 층(14), 2차 격납 층(16) 또는 3차 격납 층(18)과 동일한(또는 유사한) 기능성을 가질 수 있다. 대안으로, 추가 층의 기능성은, 1차, 2차 및 3차 격납 층들(14, 16, 18)의 기능성과 상이할 수 있다.
게다가, 3 개의 격납 층들(1차 격납 층(14), 2차 격납 층(16) 및 3차 격납 층(18))을 갖는 격납 시스템(10)이 도시되고 설명되어 있지만, 개시된 3 개의 격납 층들(14, 16, 18)보다 적은 수의 층들을 갖는 격납 시스템(10)을 이용함으로써 이점이 얻어질 수 있다. 이러한 수정예는 본 개시의 범주로부터 벗어나는 것을 유발하지 않을 것이다. 예컨대, 일 변형예에서, 격납 시스템(10)은 단지 1차 격납 층(14) 및 2차 격납 층(16)만을 포함한다. 다른 변형예에서, 격납 시스템(10)은 단지 1차 격납 층(14) 및 3차 격납 층(18)만을 포함한다. 다른 변형예에서, 격납 시스템(10)은 단지 2차 격납 층(16) 및 3차 격납 층(18)만을 포함한다. 또 다른 변형예에서, 격납 시스템(10)은 단지 하나의 격납 층, 이를테면 단지 1차 격납 층(14)만, 단지 2차 격납 층(16)만, 또는 단지 3차 격납 층(18)만을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 개시된 격납 시스템(10)은 베이스 구조물(20)에 장착될 수 있다. 예컨대, 격납 시스템(10)의 격납 층들(14, 16, 18) 중 하나 또는 그 초과의 층들이 베이스 구조물(20)에 연결될 수 있다. 베이스 구조물(20)은, 플로어, 이를테면 항공기의 카고 플로어(cargo floor)일 수 있거나 또는 고 에너지 밀도 디바이스(12)와 함께 사용하기 위해 특별히 설계된 구조물, 이를테면 장착 베이스, 플레이트(plate), 브래킷(bracket) 또는 보드(board)일 수 있다.
하나의 특별한 구조에서, 개시된 격납 시스템(10)은 2차 및 3차 격납 층들(16, 18)을 통해 베이스 구조물(20)에 장착될 수 있다. 예컨대, 2차 격납 층(16) 및 베이스 구조물(20) 양자 모두가 1차 격납 층(14) 및 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 포함할 수 있는 2차 격납 체적(22)을 규정하도록, 2차 격납 층(16)이 베이스 구조물(20)에 고정 연결될 수 있다. 게다가, 3차 격납 층(18) 및 베이스 구조물(20) 양자 모두가 2차 격납 층(16), 1차 격납 층(14) 및 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 포함할 수 있는 3차 격납 체적(24)을 규정하도록, 3차 격납 층(18)이 베이스 구조물(20)에 고정 연결될 수 있다.
베이스 구조물(20)과 2차 및 3차 격납 층들(16, 18) 사이의 연결들은, 기계적 패스너들, 접착제들 등에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 브래킷들(26)(예컨대, L자형 브래킷들) 및 볼트들(28)이 2차 및 3차 격납 층들(16, 18)을 베이스 구조물(20)에 연결하도록 사용될 수 있다. 선택적으로, 밀봉 재료(도시 생략), 이를테면 개스킷(gasket) 또는 실란트(sealant)가 베이스 구조물(20)과 2차 및 3차 격납 층들(16, 18) 사이에 위치 설정될 수 있어 이들 사이의 기밀(gas-tight) 연결을 보장한다.
대안으로, 베이스 구조물(20)이 격납 시스템(10)의 2차 격납 체적(22) 및 3차 격납 체적(24)의 적어도 일부를 규정한다기보다, 격납 체적들(22, 24)들은 격납 시스템(10)에 의해 완전히 규정될 수 있다. 예컨대, 2차 격납 체적(22)은, 2차 격납 층(16)에 의해 완전히 규정될 수 있고, 3차 격납 체적(24)은 3차 격납 층(18)에 의해 완전히 규정될 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 1차 격납 층(14) 내에서 적어도 부분적으로 밀폐될 수 있다. 따라서, 1차 격납 층(14)은 적어도 부분적으로 1차 격납 체적(30)을 규정할 수 있고, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 1차 격납 체적(30) 내에서 적어도 부분적으로 수용될 수 있다.
고 에너지 밀도 디바이스(12)와 1차 격납 층(14) 사이에 갭(G)이 존재할 수 있다. 갭(G)에는 대기(ambient air)가 채워질 수 있지만, 갭(G) 내로 다른 재료들, 이를테면 단열(thermal insulation) 또는 열 전도 재료를 도입하는 것이 또한 고려된다. 갭(G)이 도 1에 도시되어 있지만, 갭(G)을 최소화(그렇지 않다면 제거)하기 위한 단계(step)들이 취해질 수 있다. 예컨대, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 1차 격납 층(14) 내에서 꼭맞게(closely) 수용될 수 있다.
1차 격납 층(14)은 다양한 구성들을 취할 수 있다. 일 예로서, 1차 격납 층(14)은 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 적어도 일 부분 위에 수용될 수 있는 슬리브(sleeve)로서 구성될 수 있다. 다른 예로서, 1차 격납 층(14)은 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 적어도 일부분 주위에 감싸질(wrapped) 수 있는 랩(wrap)으로서 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 1차 격납 층(14)은 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 적어도 부분적으로 수용할 수 있는 용기(container), 이를테면 박스(box)로서 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 특별한 하나의 적용분야에서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(이는 도 1에서 단일 블록으로서 도시됨)는 다수의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)을 가질 수 있다. 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)은, 전기적으로, 이를테면 직렬식으로 또는 병렬식으로, 상호접속될 수 있다. 4 개의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)이 도 2 및 도 3에 도시되어 있지만, 4 개 미만의 서브유닛들 또는 4 개 초과의 서브유닛들을 갖는 고 에너지 밀도 디바이스들(12)이 또한 사용될 수 있다.
고 에너지 밀도 디바이스(12)가 다수의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)을 가질 때, 1차 격납 층(14)은 다수의 1차 격납 유닛들(14A, 14B, 14C, 14D)을 포함할 수 있다. 1차 격납 유닛들(14A, 14B, 14C, 14D)의 개수는, 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)의 개수와 실질적으로 동등할 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 각각의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)은, 1차 격납 층(14)의 연관된 1차 격납 유닛(14A, 14B, 14C, 14D) 내에서 밀폐될 수 있다. 대안으로, 1차 격납 유닛들(14A, 14B, 14C, 14D)의 개수는, 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)의 개수 미만일 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 2 또는 그 초과의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)은, 1차 격납 층(14)의 동일한 1차 격납 유닛(14A, 14B, 14C, 14D) 내에서 밀폐될 수 있다.
하나의 특정한, 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 배터리, 이를테면 리튬 이온 배터리(예컨대, 리튬 코발트 산화물(lithium cobalt oxide)(LiCoO2) 배터리)일 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 다수의 전기적으로 상호접속된 전기화학 전지들(서브유닛들)(12A, 12B, 12C, 12D)을 포함할 수 있다. 배터리(고 에너지 밀도 디바이스)(12)의 각각의 전지(서브유닛)(12A, 12B, 12C, 12D)는, 1차 격납 층(14)의 연관된 1차 격납 유닛(14A, 14B, 14C, 14D) 내에서 밀폐될(예컨대, 감싸질) 수 있다.
1차 격납 층(14)은 열 재료로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열은, 1차 격납 층(14)의 열 재료에, 이를테면 열 전도(thermal conduction)를 통해 전달될 수 있다. 1차 격납 층(14)의 외부측(예컨대, 2차 격납 층(16)에 그리고 이를 지나서)에 열을 쉽사리 전달하지 않으면서, 1차 격납 층(14)이 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열을 흡수할 수 있도록, 열 재료의 조성이 선택될 수 있다. 따라서, 1차 격납 층(14)은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열을 포함하도록 기능할 수 있다.
고 에너지 밀도 디바이스(12)가 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 다수의 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)을 포함할 때, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 하나의 서브유닛으로부터 나오는 열의 다른 서브유닛들로의 전달을 저지할 수 있다. 따라서, 1차 격납 층(14)은, 또한 고 에너지 밀도 디바이스(12)의 다양한 서브유닛들(12A, 12B, 12C, 12D)을 서로 열 절연(thermally isolate)시키도록 기능할 수 있다.
제 1 구현예에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 중합체, 이를테면 고온 중합체일 (또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 열 재료는, 상승된 온도들을 견딜 수 있으면서, 단열(thermal insulation) 특성들을 갖는 1차 격납 층(14)을 부여할 수 있다.
1차 격납 층(14)의 열 재료로서 사용하기에 적합한 고온 중합체는, 중합체 재료의 실질적인 연화(substantial softening)를 겪지 않으면서 약 100℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 가능할 수 있다. 일 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 중합체 재료의 실질적인 연화를 겪지 않으면서 약 150℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 가능할 수 있다. 다른 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 중합체 재료의 실질적인 연화를 겪지 않으면서 약 200℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 가능할 수 있다. 다른 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 중합체 재료의 실질적인 연화를 겪지 않으면서 약 300℃ 이상의 온도로 가열되는 것이 가능할 수 있다. 다른 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 약 100℃ 이상의 유리 전이 온도(glass transition temperature)를 갖는 열가소성 중합체일 수 있다. 다른 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 약 125℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 중합체일 수 있다. 또 다른 예로서, 고온 중합체 열 재료는, 약 150℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 중합체일 수 있다.
제 1 구현예의 제 1 표현에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 폴리아릴에테르케톤(polyaryletherketone)일 (또는 이를 포함할) 수 있다. 변형된(modified) 폴리아릴에테르케톤들의 사용이 또한 고려된다. 폴리아릴에테르케톤들은, 상승된 온도들에서 자신들의 강도를 유지하는 것으로 공지된 열가소성 중합체들이다. 사실상, 다양한 폴리아릴에테르케톤이 항공기 상에서의 사용을 위해서 승인되어 있고 사실상 항공기 상에 사용된다.
다양한 폴리아릴에테르케톤들 및 관련된 열가소성 중합체들이 1차 격납 층(14)의 열 재료로서 사용될 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)이 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 폴리에테르케톤케톤(PEKK)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 폴리에테르케톤(PEK)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 또다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 폴리에테르이미드(PEI)로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
제 1 구현예의 제 2 표현에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 실리콘, 이를테면 고온 실리콘일(또는 이를 포함할) 수 있다. 고온 실리콘들은 비교적 낮은 열 전도도들을 가지며, 따라서 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열을 1차 격납 층(14) 내에 포함할 수 있다. 고온 실리콘들이 고온을 견디는 것이 가능하기 때문에, 고온 실리콘으로 1차 격납 층(14)을 형성하는 것은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)가 상승된 온도들에서 1차 격납 층(14) 내에서 밀폐된 채로 유지되는 것을 보장할 수 있다.
다양한 고온 실리콘들은, 1차 격납 층(14)의 열 재료로서 사용될 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 상온 가황(RTV; room temperature vulcanization) 실리콘으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 고온 가황(HTV; high temperature vulcanization) 실리콘으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 1차 격납 층(14)은 실리콘 폼(silicone foam)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
1차 격납 층(14)은, 다양한 기술들을 사용하여 중합체 열 재료로 형성될 수 있다. 일 예로서, 중합체 열 재료는, 소망하는 형상 및 크기를 갖는 고체 본체(solid body)(예컨대, 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 꼭맞게(closely) 수용하기 위한 크기를 갖는 용기 또는 슬리브)를 형성하도록 (예컨대, 사출 성형을 통해) 성형될 수 있다. 다른 예로서, 중합체 열 재료는, 비교적 얇은 시트 또는 필름으로 주조될 수 있으며, 시트/필름은 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 감싸도록 사용될 수 있다. 시트/필름 랩(wrap)은 1차 격납 층(14)을 형성할 수 있다. 또 다른 예로서, 중합체 열 재료는 처음에는 액체 형태일 수 있고, 고 에너지 밀도 디바이스(12)가 중합체 열 재료 내에 디핑될(dipped) 수 있으며, 이에 의해 고 에너지 밀도 디바이스(12) 상에 중합체 코팅이 형성된다. 경화(curing) 이후에, 중합체 코팅이 1차 격납 층(14)을 형성할 수 있다.
2차 구현예에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 상변화 재료(phase change material)일(또는 이를 포함할) 수 있다. 예컨대, 상변화 재료는 25℃의 온도 및 1기압의 압력에서 고체일 수 있다. 상변화 재료의 온도가 상승함에 따라, 상변화 재료는 그의 융점(fusion point)에 도달하며, 이 융점에서 상변화 재료가 용융되기 시작한다. 상변화 재료가 고상(solid phase)으로부터 액상(liquid phase)으로 완전히 변환될 때까지, 추가 가열(heating)이 상변화 재료의 온도를 증가시키지는 않을 것이다. 고체로부터 액체로의 전이(transition) 동안 흡수되는 열량은, 또한 사용되는 상변화 재료의 양뿐만 아니라 상변화 재료의 용융 열(fusion heat)에 의존할 것이다. 대부분의 상변화 재료들의 용융 열은, 약 1000 kJ/kg 내지 약 5 kJ/kg 사이에 있을 것이다.
2차 구현예의 제 1 표현에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 유기 상변화 재료일(또는 이를 포함할) 수 있다. 하나의 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 파라핀으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 지방산(fatty acid), 이를테면 14 개 내지 34 개의 탄소 원자들을 가지며 5℃ 내지 76℃ 범위 내의 융점을 갖는 지방산으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 페놀로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 밀랍(beeswax)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 퀴논(quinone)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 벤조산(benzoic acid)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 또 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 p-크실렌 디클로라이드(xylene dichloride)로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
2차 구현예의 제 2 표현에서, 1차 격납 층(14)의 열 재료는, 무기 상변화 재료일(또는 이를 포함할) 수 있다. 하나의 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 규산나트륨으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 리튬으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 또 다른 비-제한적인 예로서, 상변화 재료를 포함하는 1차 격납 층(14)은 염화나트륨으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
상업적으로 입수가능한 다양한 상변화 재료들이 1차 격납 층(14)의 열 재료로서 사용될 수 있다. 하나의 적합한 예는, 미국, 미네소타 플리머스에 소재하는 엔트로피 솔류션즈 인코포레이션(Entropy Solutions, Inc.)으로부터 상업적으로 입수가능한 PureTemp-53이다. 다른 적합한 예는, 엔트로피 솔류션즈 인코포레이션(Entropy Solutions, Inc.)으로부터 또한 상업적으로 입수가능한 PureTemp-103이다. 다른 적합한 예는, 스웨덴, 스코브데에 소재하는 클리메이터 스웨덴 에이비(Climator Sweden AB)로부터 상업적으로 입수가능한 ClimselTM C70이다. 또 다른 적합한 예는, 영국, 캠브리지셔에 소재하는 페이스 체인지 머티리얼 프로덕츠 리미티드(Phase Change Material Products Ltd.)로부터 상업적으로 입수가능한 Plus-ICETM S89이다.
상변화 재료 자체가 1차 격납 층(14)을 형성할 수 있다. 예컨대, 1차 격납 층(14)은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 적어도 부분적으로 수용하는 것이 가능한 밀랍으로 형성되는(예컨대, 성형되는) 용기(예컨대, 박스)일 수 있다. 그러나, 상변화 재료가 (예컨대, 고체에서 액체로의) 상변화를 실행할 수 있기 때문에, 상변화 재료는 캐리어에 의해(예컨대, 캐리어 위에 또는 캐리어 내에) 지지될 수 있다. 다양한 기술들이 1차 격납 층(14)과 관련되어 상변화 재료를 지지하도록 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 예시적 구조에서, 1차 격납 층(14)은 시트(sheet)(40)로서 구성될 수 있으며, 이 시트 내에 열 재료, 이를테면 상변화 재료(42)가 통합되고 있다. 시트(40)는 캐리어(44) 및 캐리어(44)에 의해 지지되는 상변화 재료(42)를 포함할 수 있다. 캐리어(44)는 상변화 재료(42)가 채워질 수 있는 포켓들(46)을 규정할 수 있다.
캐리어(44)는, 제 2 층(52)에 연결되는 제 1 층(50)을 포함하여 이들 사이에 포켓들(46)을 규정하는 레이어드 구조물(layered structure)(48)로서 구성될 수 있다. 상변화 재료(42)는 캐리어(44)에 의해 규정되는 포켓들(46) 내에 포함될 수 있다. 하나의 일반적인 비-제한적인 예로서, 레이어드 구조물(48)의 제 1 및 제 2 층들(50)은 이를테면 적층(lamination), 열 밀봉(heat sealing)에 의해, 접착제 등에 의해 함께 연결되어 있는 중합체 필름들일 수 있다. 다양한 중합체 필름들이 사용될 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 레이어드 구조물(48)의 제 1 및 제 2 층들(50)이 폴리에틸렌으로 형성될 수 있고, 제 1 폴리에틸렌 층(50)은 포켓들(46)을 규정하고 포켓들(46) 내에 상변화 재료(42)를 포함하도록 제 2 폴리에틸렌 층(52)에 대해 열 밀봉될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다른 예시적 구조에서, 1차 격납 층(14)은 본체(60)로서 구성될 수 있으며, 이 본체 상에(또는 본체 내에) 열 재료, 이를테면 상변화 재료(62)(도 6)가 통합되어 있다. 본체(60)는 캐리어(64)(도 6) 및 상변화 재료(62)를 포함할 수 있다. 상변화 재료(62)는 캐리어(64)에 의해 지지될 수 있다.
캐리어(64)는 상변화 재료(62)를 지지하는 것이 가능한 프레임워크, 이를테면 강성(또는 반-강성) 프레임워크일 수 있다. 하나의 일반적인 비-제한적인 예로서, 캐리어(64)는 메쉬(mesh)일 수 있다. 메쉬는 다양한 재료들, 이를테면 금속들 및/또는 금속 산화물들로 형성될 수 있고, 이에 의해 캐리어(64)가 열 열화(heat degradation)에 대한 내성을 갖게 된다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 캐리어(64)는 산화 알루미늄(AlO2)으로 형성된 메쉬일 수 있다. 다른 일반적인 비-제한적인 예로서, 캐리어(64)는 패브릭(fabric)일 수 있다. 패브릭은, 다양한 재료들, 이를테면 금속 산화물들 및/또는 고온 중합체들로 형성될 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 캐리어(64)는 산화 알루미늄(AlO2) 패브릭일 수 있다.
이에 따라, 캐리어(64)는 본체(60)의 형상을 규정할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(60)는 내부에 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 밀폐적으로(closely)게 수용하도록 크기가 정해지고 형상을 갖는 용기(예컨대, 직선형(rectilinear) 용기)로서 구성될 수 있다. 그러나, 본체(60)의 다른 구성들(예컨대, 고 에너지 밀도 디바이스(12)에 맞닿아 배치될 수 있는 시트들 또는 패치들)이 또한 고려된다.
상변화 재료(62)는 캐리어(64) 상에(또는 캐리어 내에) 통합될 수 있다. 하나의 비-제한적인 예로서, 상변화 재료(62)는 도 6에 도시된 바와 같이, 캐리어(64) 상에 코팅될 수 있다. 캐리어(64)의 코팅은, 다양한 기술들, 이를테면 스프레잉(spraying), 디핑(dipping) 등을 사용하여 획득될 수 있다. 다른 비-제한적 예로서, 상변화 재료(62)는, 이를테면 캐리어(64)가 다공성 또는 반(semi)-다공성 재료(예컨대, 금속 산화물 패브릭)로 형성될 때, 캐리어(64) 내에 침지(impregnated)될 수 있다. 상변화 재료(62)에 의한 캐리어(64)의 침지는, 다양한 기술들, 이를테면 소킹(soaking)을 사용하여 달성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 고 에너지 밀도 디바이스(12) 및 1차 격납 층(14)은 2차 격납 층(16) 내에서 밀폐될 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12) 및 1차 격납 층(14)은 2차 격납 층(16)에 의해 규정된 2차 격납 체적(22)의 일부를 점유할 수 있다. 그러나, 2차 격납 체적(22)은 고 에너지 밀도 디바이스(12) 및 1차 격납 층(14)에 의해 점유되는 공간의 체적보다 더 클 수 있으며, 이에 의해 1차 격납 층(14)과 2차 격납 층(16) 사이에 공기 층(air space)(23)이 남게 된다.
선택적으로, 하나 또는 그 초과의 센서들(25)은, 2차 격납 층(16)의 공기 층(23)을 감지하도록 위치 설정될 수 있다. 일 예로서, 센서(25)는 가스 센서, 이를테면, 수소 센서, 이산화탄소 센서, 일산화탄소 센서 및/또는 탄화수소 센서일 수 있다. 다른 예로서, 센서(25)는 온도 센서일 수 있다. 또 다른 예로서, 센서(25)는 압력 센서일 수 있다.
2차 격납 층(16)은 다양한 구성들을 취할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 특별한 구성에서, 2차 격납 층(16)은 베이스 구조물(20) 상에서 지지되는 돔(dome)으로서 구성될 수 있다. 돔형상 2차 격납 층(16)은 아치형 단면을 갖는 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 다양한 대체적인 단면들, 이를테면 원형(예컨대, 반구형 돔)이 고려된다. 임의의 특별한 이론으로 제한되지 않고, 돔형상 2차 격납 층(16)은 돔이 아닌 다른 구성을 갖는 2차 격납 층(16)보다 큰 탄도학적 무결성(ballistic integrity)을 가질 수 있다. 그렇긴 하지만, 돔이 아닌 구성으로 2차 격납 층(16)을 구성하는 것이 본 개시의 범주로부터 벗어나는 것을 유발하지는 않을 것이다.
2차 격납 층(16)은 가스 포집(gas capturing) 재료로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 소정의 가스들(만약 전부가 가스들이 아니라면)이 2차 격납 층(16)에 의해, 이를테면 흡착(adsorption) 또는 흡수(absorption)에 의해 포집될 수 있다. 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 가스들이 가스 포집 재료와 접촉하게 되도록 2차 격납 층(16)에 진입할 수 있지만, 2차 격납 층(16)을 지나서(예컨대, 3차 격납 층(18)으로 그리고 이를 지나서) 통과할 수 없도록, 2차 격납 층(16)이 구성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 2차 격납 층(16)이 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 가스들을 포함하도록 기능할 수 있다.
도 7을 참조하면, 2차 격납 층(16)은, 가스 포집 재료(72), 가스 투과 층(74) 및 가스 불투과 층(76)을 포함할 수 있는 레이어드 구조물(70)로서 형성될 수 있다. 가스 포집 재료(72)는, 가스 투과 층(74)과 가스 불투과 층(76) 사이에 위치 설정될 수 있다. 가스 투과 층(74)은 2차 격납 층(16)의 안쪽 측면(inboard side)(78)을 규정할 수 있는 반면, 가스 불투과 층(76)은 2차 격납 층(16)의 바깥쪽 측면(outboard side)(80)을 규정할 수 있다.
가스 포집 재료 층(72)의 단면 두께(TG)는, 설계 고려사항일 수 있으며, 다양한 인자들, 이를테면 가능한 다른 인자들 중에서, 가스 포집 재료 층(72)의 조성, 사용되는 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)의 유형, 및 격납 시스템(10)의 전체적인 크기에 의해 좌우될 수 있다. 예컨대, 가스 포집 재료 층(72)의 단면 두께(TG)는, 약 0.5 cm 내지 약 15 cm의 범위, 이를테면 약 1 cm 내지 약 10 cm, 또는 약 2 cm 내지 약 8 cm의 범위일 수 있다.
추가 층들이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 2차 격납 층(16)의 레이어드 구조물(70) 내에 포함될 수 있다. 예컨대, 일 변형예에서, 레이어드 구조물(70)은 다수의 교번식(alternating) 가스 투과 층들(74) 및 가스 포집 재료 층들(72)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 화살표(A)에 의해 도시된 바와 같이, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)로부터 나오는 가스들은 가스 투과 층(74)을 통해 2차 격납 층(16)의 안쪽 측면(78) 상에서 레이어드 구조물(70) 내로 통과할 수 있다. 일단 레이어드 구조물(70) 내부에서면, 가스들은 가스 포집 재료(72)와 접촉하게 될 수 있다. 가스 불투과 층(76)은, 2차 격납 층(16)의 바깥쪽 측면(80)으로부터 밖으로 향하는(outward) 가스들의 통과를 저지할(그렇지 않으면, 완전히 방지할) 수 있다.
다양한 재료들이 2차 격납 층(16)의 레이어드 구조물(70)의 가스 투과 층(74)을 형성하도록 사용될 수 있다. 하나의 일반적인 비-제한적 예로서, 가스 투과 층(74)은 패브릭(fabric), 이를테면 직물(woven fabric) 또는 부직포(non-woven fabric)로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 투과 층(74)은 금속 산화물 섬유들의 패브릭으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 당업자는, 다양한 금속 산화물 섬유들이 일반적으로 열화(degradation)없이 상승된 온도를 견디는 것이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 적합한 금속 산화물 섬유들은, 제한되지 않고, 알루미나(Al2O3) 섬유들, 실리카(SiO2) 섬유들 및 이산화티타늄(TiO2) 섬유들을 포함한다. 다른 일반적인 비-제한적인 예로서, 가스 투과 층(74)은 가스 투과 중합체 필름으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
이와 마찬가지로, 다양한 재료들이 2차 격납 층(16)의 레이어드 구조물(70)의 가스 불투과 층(76)을 형성하도록 사용될 수 있다. 하나의 일반적인 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(76)은 중합체 재료로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(74)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(74)은 폴리에테르이미드(PEI)로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(74)은 폴리우레탄(TPU)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(74)은 폴리페닐술폰(PPSU)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 일반적인 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(76)은 금속성 재료(metallic material)로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 가스 불투과 층(74)은 금속화된 필름(metalized film)(예컨대, 알루미늄 금속화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 알루미늄 금속화된 폴리프로필렌)으로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다.
가스 포집 재료(72)는, 이를테면 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)의 동작 과도현상(transient) 동안에 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나올 수 있는 가스들 중 하나 또는 그 초과의 가스를 포집하는 것이 가능한 임의의 재료일 수 있다. 타겟 가스들은, 제한하는 것은 아니지만, 수소, 이산화탄소 및 일산화탄소뿐만 아니라 다양한 휘발성 유기 화합물들을 포함한다. 따라서, 다양한 가스 포집 모드들이 고려된다.
제 1 구현예에서, 가스 포집 재료(72)는 흡착제(adsorbent)(또는 흡수제(absorbent)들의 조합)일 (또는 이를 포함할) 수 있다. 흡착제 가스 포집 재료(72)의 조성은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)로부터 나올 수 있는 가스들에 의해 좌우될 수 있다. 적당한 재료를 선택함으로써, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 가스들은 2차 격납 층(16)의 레이어드 구조물(70) 내로 통과할 수 있으며 가스 포집 재료(72) 상에 흡착될 수 있다.
흡착제 가스 포집 재료(72)의 물리적 형태는 가스 포집 재료(72)의 조성에 의해 좌우될 수 있다. 흡착제 입자들, 레이어드 흡착제들, 폼(foam)들 등의 사용이 고려되지만, 다양한 다른 형태들이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
제 1 구현예의 제 1 표현에서, 가스 포집 재료(72)는 수소 선택성 흡착제일(또는 이를 포함할) 수 있다. 수소 선택성 흡착제의 하나의 일반적인, 비-제한적 예는 금속 유기 프레임워크이다. 금속 유기 프레임워크-기반 수소 선택성 흡착제의 하나의 특정의 비-제한적 예는 Zn4O(BBC)2이며, 여기서 BBC는 4,4´,4´´-[벤젠-1,3,5-트리일-트리스(벤젠-4,1-디일)]트리벤조에이트이다. 수소 선택성 흡착제중 다른 일반적인, 비-제한적 예는 제올라이트이다. 제올라이트 기반 수소 선택성 흡착제의 하나의 특정의 비-제한적 예는 모데나이트(mordenite)이다. 제올라이트 기반 수소 선택성 흡착제의 다른 특정의 비-제한적 예는 포자사이트(faujasite)이다.
제 1 구현예의 제 2 표현에서, 가스 포집 재료(72)는 이산화탄소-선택성 흡착제일(또는 이를 포함할) 수 있다. 이산화탄소-선택성 흡착제의 하나의 일반적인 비-제한적 예는 금속-유기 프레임워크이다. 금속 유기 프레임워크-기반 이산화탄소 선택성 흡착제의 하나의 특정의 비-제한적 예는 Mg2(DOBDC)이며, 여기서 DOBDC는 2,5-디옥사이도-1,4-벤젠디카르복실레이트이다. 이산화탄소 선택성 흡착제중 다른 일반적인 비-제한적 예는 제올라이트이다. 제올라이트 기반 이산화탄소 선택성 흡착제의 하나의 특정의 비-제한적 예는 제올라이트 13X이다.
제 1 구현예의 제 3 표현에서, 가스 포집 재료(72)는 탄화수소 선택성 흡착제일(또는 이를 포함할) 수 있다. 탄화수소 선택성 흡착제의 하나의 일반적인, 비-제한적 예는 금속 유기 프레임워크이다. 금속 유기 프레임워크-기반 C1 내지 C13 탄화수소 선택성 흡착제의 하나의 특정의 비-제한적 예는 Fe-MOF-74이다. 금속 유기 프레임워크-기반 C1 내지 C13 탄화수소 선택성 흡착제중 다른 특정의 비-제한적 예는 Mg-MOF-74이다.
제 2 구현예에서, 가스 포집 재료(72)는 흡수제(또는 흡수제들의 조합)일 수 있다. 흡수제 가스 포집 재료(72)의 조성은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)로부터 나올 수 있는 가스들에 의해 좌우될 수 있다. 적당한 재료를 선택함으로써, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 가스들이 2차 격납 층(16)의 레이어드 구조물(70) 내로 통과할 수 있으며 가스 포집 재료(72)에 의해 흡수될 수 있다.
흡수제 가스 포집 재료(72)의 물리적 형태는 가스 포집 재료(72)의 조성에 의해 좌우될 수 있다. 액체 흡수제들의 사용이 고려되지만, 다양한 다른 형태들(예컨대, 고체들)이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
제 2 구현예의 제 1 표현에서, 가스 포집 재료(72)는 액체 용매, 이를테면, 이산화탄소-흡수 액체 용매(carbon dioxide-absorbing liquid solvent)일(또는 이를 포함할) 수 있다. 이산화탄소-흡수 액체 용매의 하나의 일반적인 비-제한적 예는 아민이다. 아민 기반 이산화탄소-흡수 액체 용매의 하나의 특정의 비-제한적인 예는 모노에탄올아민이다. 이산화탄소-흡수 액체 용매의 다른 일반적인 비-제한적 예는 알칼리성 용액이다. 알칼리성 기반 이산화탄소-흡수 액체 용매의 하나의 특정의 비-제한적인 예는 수산화나트륨이다. 알칼리성 기반 이산화탄소-흡수 액체 용매의 다른 특정의 비-제한적인 예는 수산화리튬이다.
레이어드 구조물(70)이 가스 포집 재료(72)를 2차 격납 층(16) 내로 통합시키는 적절한 수단으로서 도시되고 설명되지만, 다양한 대안의 기술들이 또한 고려된다. 예컨대, 가스 포집 재료(72)가 폼(foam) 또는 다른 다공성 재료 내로 통합될(예컨대, 분산될) 수 있으며, 가스 불투과 층(76)이 2차 격납 층(16)의 외부측 가스들의 통과를 저지하기 위해서 폼 위에 층을 이룰 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 2차 격납 층(16)(도 9)이 지지 구조물(82) 위에 위치 설정될 수 있다. 지지 구조물(82)은 2차 격납 층(16)을 위해 요망되는 구성을 갖는 프레임워크로서 구성될 수 있다. 예컨대, 지지 구조물(82)은, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 2차 격납 층(16)으로의 가스들의 전달을 방해하지 않을 수 있는 금속 프레임워크일 수 있다.
이에 따라, 2차 격납 층(16)이 본질적으로 충분히 강성이 아닐 때, 2차 격납 층(16)이 지지 구조물(82) 위에 씌워질(draped over) 수 있다. 따라서, 지지 구조물(82)은 2차 격납 층(16)의 중량을 지지할 수 있으며, 2차 격납 층(16)은 지지 구조물(82)의 형상을 취할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 고 에너지 밀도 디바이스(12), 1차 격납 층(14) 및 2차 격납 층(16)이 3차 격납 층(18) 내에서 밀폐될 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12), 1차 격납 층(14) 및 2차 격납 층(16)이 3차 격납 층(18)에 의해 규정된 3차 격납 체적(24)의 일부를 점유할 수 있다. 그러나, 3차 격납 체적(24)이 고 에너지 밀도 디바이스(12), 1차 격납 층(14) 및 2차 격납 층(16)에 의해 점유되는 공간의 체적보다 더 클 수 있으며, 이에 의해 2차 격납 층(16)과 3차 격납 층(18) 사이에서 공기 층(27)을 남긴다.
선택적으로, 하나 또는 그 초과의 센서들(29)은, 3차 격납 층(18)의 공기 층(27)을 감지하도록 위치 설정될 수 있다. 일 예로서, 센서(29)는 가스 센서, 이를테면, 수소 센서, 이산화탄소 센서, 일산화탄소 센서 및/또는 탄화수소 센서일 수 있다. 다른 예로서, 센서(29)는 온도 센서일 수 있다. 또 다른 예로서, 센서(29)는 압력 센서일 수 있다.
3차 격납 층(18)은 다양한 구성들을 취할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 특별한 일 구성에서, 3차 격납 층(18)은 베이스 구조물(20) 상에서 지지되는 돔(dome)으로서 구성될 수 있다. 돔형상 3차 격납 층(18)이 아치형 횡단면을 갖는 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 다양한 대체적 횡단면들, 이를테면 원형(예컨대, 반구형 돔)이 고려된다. 임의의 특별한 이론으로 제한되지 않고, 돔형상 3차 격납 층(18)은 돔이 아닌 다른 구성을 갖는 3차 격납 층(18)보다 큰 탄도학적 무결성(ballistic integrity)을 가질 수 있다. 그렇긴 하지만, 돔이 아닌 구성으로 3차 격납 층(18)을 구성하는 것은 본 개시의 범주로부터 벗어나는 것을 유발하지 않을 것이다.
3차 격납 층(18)은 탄도성 재료로 형성될(또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 3차 격납 층(18)은 비교적 높은 속도들로 이동하는 물체에 의한 관통에 대한 내성을 가질 수 있다. 이렇게 함으로써, 3차 격납 층(18)이 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 입자(particle)들을 포함하도록 기능할 수 있다.
제 1 구현예에서, 3차 격납 층(18)의 탄도성 재료는 팽창성 재료(dilatant material)일(또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 3차 격납 층(18)은, 비교적 연질이며, 가요적이며 경량일 수 있다. 그러나, 이동하는 입자에 의해 충돌하자마자, 3차 격납 층(18)에서 팽창성 재료는, 점조화(shear thickening)되어, 입자에 대해 충돌로부터 에너지를 분산시키는 것이 가능한 강성 표면을 제공할 수 있다.
다양한 팽창성 재료들이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 3차 격납 층(18)의 탄도성 재료로서 사용될 수 있다. 적합한 팽창성 재료의 하나의 비-제한적인 예는, 영국, 이스트 서섹스에 소재하는 D3O 랩(D3O Lab)으로부터 상업적으로 입수가능한 D3O® 팽창성 재료이다. 적합한 팽창성 재료의 하나의 비-제한적인 예는, 영국의 아모르겔 리미티드(Armourgel Limited)로부터 상업적으로 입수가능한 ARMOURGEL® 에너지 흡수 재료이다.
팽창성 재료들은 응력을 받지 않을 때 유동할 수 있다. 따라서, 개시된 격납 시스템(10)의 3차 격납 층(18) 내로 팽창성 재료를 통합하는 것은, 기재 상에(또는 기재 내에) 팽창성 재료를 지지하는 것을 요구할 수 있다. 다양한 기술들이 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 팽창성 재료를 지지하도록 사용될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제 1 구현예의 하나의 표현에서, 3차 격납 층(18)은, 팽창성 재료(102), 제 1 라이너 층(104) 및, 선택적으로 제 2 라이너 층(106)을 포함하는 레이어드 구조물(100)로서 형성된다. 팽창성 재료 층(102)은 제 1 라이너 층(104)과 선택적인 제 2 라이너 층(106) 사이에 위치 설정된다.
제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)은 다양한 기재 재료들로 형성될 수 있다. 기능적으로, 제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)은, 레이어드 구조물(100) 내에서 팽창성 재료(102)를 지지할 수 있으며, 이에 의해 팽창성 재료의 유동을 저지하고 레이어드 구조물(100)의 레이어드 구성을 유지한다. 하나의 일반적인 비-제한적 예로서, 제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)은 패브릭, 예컨대 탄도성 패브릭일(또는 이를 포함할) 수 있다. 하나의 특정의 비-제한적인 예로서, 제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)은 미국, 델라웨어 와이오밍에 소재하는 이. 아이. 두 폰트 데 네모스 앤 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 상업적으로 입수가능한 KEVLAR® 파라-아라미드 합성 패브릭일(또는 이를 포함할) 수 있다. 다른 특정의 비-제한적인 예로서, 제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)은 탄도성 나일론일(또는 이를 포함할) 수 있다.
팽창성 재료 층(102)의 횡단면 두께(TD)는, 설계 고려사항일 수 있으며, 다양한 인자들, 이를테면 가능한 다른 인자들 중에서, 팽창성 재료 층(102)의 조성, 사용되는 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)의 유형, 및 격납 시스템(10)의 전체적인 크기에 의해 좌우될 수 있다. 예컨대, 팽창성 재료 층(102)의 횡단면 두께(TD)는, 약 0.1 cm 내지 약 10 cm의 범위, 이를테면 약 0.5 cm 내지 약 5 cm, 또는 약 1 cm 내지 약 3 cm의 범위일 수 있다.
추가 층들은 본 개시의 범주로부터 벗어나지 않고 3차 격납 층(18)의 레이어드 구조물(100) 내에 포함될 수 있다. 예컨대, 일 변형예에서, 레이어드 구조물(100)은 팽창성 재료 및 라이너 재료의 다수의 교번식(alternating) 층들을 포함할 수 있다.
선택적으로, 3차 격납 층(18)의 레이어드 구조물(100)은 퀼트식(quilted)일 수 있다. 레이어드 구조물(100)의 퀼팅은, 제 1 및 제 2 라이너 층들(104, 106)에 의해 규정된 복수 개의 포켓들 내에서 팽창성 재료(102)를 포함할 수 있으며, 이에 의해 팽창성 재료(102)의 유동을 저지하고 레이어드 구조물(100)의 전체 구성을 유지한다.
제 2 구현예에서, 3차 격납 층(18)의 탄도성 재료는 탄도성 패브릭일(또는 이를 포함할) 수 있다. 따라서, 3차 격납 층(18)은, 비교적 연질이며, 가요적이며 경량일 수 있지만, 이를 통해 이동하는 입자들의 통과를 저지할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 2 구현예의 일 표현에서, 3차 격납 층(18)은, 복수 개의 탄도성 패브릭 층들(122, 124, 126, 128, 130, 132, 134)을 포함하는 레이어드 구조물(120)로서 형성될 수 있다. 레이어드 구조물(120)의 각각의 탄도성 패브릭 층(122, 124, 126, 128, 130, 132, 134)은 동일한 조성을 가질 수 있다. 대안으로, 레이어드 구조물(120)의 하나 이상의 층(예컨대, 층들(124, 128, 132))은 다른 층들(예컨대, 층들(122, 126, 130, 134))과 상이할 수 있다.
이에 따라, 3차 격납 층(18)은 다층(multi-ply) 구조물로서 형성될 수 있다. 그러나, 단일층의 3차 격납 층(18)을 사용하는 것이 또한 고려되며, 본 개시의 범주로부터 벗어나는 것을 유발하지 않을 것이다.
다양한 탄도성 패브릭들(또는 탄도성 패브릭들의 조합들)이 3차 격납 층(18)을 구성하는데 사용될 수 있다. 레이어드 구조물(120)을 형성하는데 유용한 탄도성 패브릭의 하나의 비-제한적인 예는, KEVLAR® 파라-아라미드 합성 패브릭이다. 레이어드 구조물(120)을 형성하는데 유용한 탄도성 패브릭의 다른 비-제한적인 예는, 룩셈브루크에 소재하는, 인비스타 노스 아메리카 엣.에이.알.엘(Invista North America S.a r.l)로부터 상업적으로 입수가능한 CORDURA® 탄도성 패브릭이다. 레이어드 구조물(120)을 형성하는데 유용한 탄도성 패브릭의 또 다른 비-제한적인 예는, 미국, 버지니아 콜로니얼 하이츠에 소재하는, Honeywell Advanced Fibers and Composites 로부터 상업적으로 입수가능한 SPECTRA® 섬유 패브릭이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 3차 격납 층(18)(도 13)은 지지 구조물(140) 위에 위치 설정될 수 있다. 지지 구조물(140)은 3차 격납 층(18)을 위해 요망되는 구성을 갖는 프레임워크로서 구성될 수 있다. 예컨대, 지지 구조물(140)은 3차 격납 층(18)의 중량을 지지하는 것이 가능한 금속 프레임워크일 수 있다.
이에 따라, 3차 격납 층(18)이 본질적으로 충분히 강성이 아닐 때, 3차 격납 층(18)이 지지 구조물(140) 위에 씌워질(draped over) 수 있다. 따라서, 지지 구조물(140)이 3차 격납 층(18)의 중량을 지지할 수 있으며, 3차 격납 층(18)이 지지 구조물(140)의 형상을 취할 수 있다.
이에 따라, 개시된 격납 시스템(10)은 다수의 격납 층들(1차 격납 층(14), 2차 격납 층(16) 및 3차 격납 층(18))을 포함할 수 있다. 격납 시스템(10)의 각각의 격납 층(14, 16, 18)은, 하나 이상의 특별한 기능성으로 격납 시스템(10)에 기여할 수 있다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)가 격납 시스템(10)에 포함될 때, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열, 가스들, 액체들 및/또는 고체들이 격납 시스템(10) 내에 포함될 수 있다. 격납 시스템(10)은, 분위기(atmosphere)로의 통기에 대한 필요가 적거나 필요 없도록 고 에너지 밀도 디바이스(12)에 비례하는 크기를 가질 수 있다(예컨대, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 격납 시스템(10) 내에서 완전히 밀폐될 수 있다).
또한, 고 에너지 밀도 디바이스들을 위한 격납 방법이 개시된다. 도 14를 참조하면, 일반적으로 200으로 지시된, 개시된 방법의 일 실시예는, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)를 제공하는 단계를 갖는 블록(202)에서 시작할 수 있다. 하나의 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 배터리, 이를테면 리튬 이온 배터리일 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 연료 전지일 수 있다.
블록(204)에서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)는 1차 격납 층(14)(도 1) 내에서 적어도 부분적으로 밀폐될 수 있다. 1차 격납 층(14)은 열 재료, 이를테면 상변화 재료(42)(도 4)를 포함할 수 있다. 따라서, 1차 격납 층(14) 내에서 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 밀폐함으로써, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열이 1차 격납 층(14)의 열 재료(42)에 전달될 수 있다.
블록(206)에서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1) 및 1차 격납 층(14)(도 1)은 2차 격납 층(16)(도 1) 내에서 적어도 부분적으로 밀폐될 수 있다. 2차 격납 층(16)은 가스 포집(gas capturing) 재료(72)(도 7)를 포함할 수 있다. 따라서, 2차 격납 층(16) 내에서 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 밀폐함으로써, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열들이 2차 격납 층(16)의 가스 포집 재료(72)에 의해 포함될 수 있다.
블록(208)에서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1), 1차 격납 층(14)(도 1) 및 2차 격납 층(16)(도 1)이 3차 격납 층(18)(도 1) 내에서 적어도 부분적으로 밀폐될 수 있다. 3차 격납 층(18)은 탄도성 재료, 이를테면 팽창성 재료(102)(도 10)를 포함할 수 있다. 따라서, 3차 격납 층(18) 내에서 고 에너지 밀도 디바이스(12)를 밀폐함으로써, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 입자들이 3차 격납 층(18)의 탄도성 재료(102)에 의해 포함될 수 있다.
이에 따라, 개시된 방법(200)은 다수의 격납 층들 내에서 고 에너지 밀도 디바이스(12)(도 1)를 밀폐할 수 있으며, 여기서 각각의 격납 층은 하나 이상의 특별한 기능성을 갖는다. 따라서, 고 에너지 밀도 디바이스(12)로부터 나오는 열, 가스들, 및/또는 입자들이 개별 층들에 의해 포함될 수 있다.
개시된 격납 시스템(10) 및 방법(200)의 예들은, 도 15에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(400) 및 도 16에 도시된 바와 같은 항공기(402)의 맥락에서 설명될 것이다. 사전 제작 (pre-production)중, 항공기 제조 및 서비스 방법(400)은 항공기(402)의 사양 및 설계(404)와 재료 조달(406)을 포함할 수 있다. 제작 중, 항공기(402)의 컴포넌트/서브조립체 제조(408) 및 시스템 통합(410)이 발생한다. 이후, 항공기(402)는, 운항(in service)(414)되도록 인증 및 납품(412)을 거칠 수 있다. 고객에 의한 운항 동안, 항공기(402)는 일상적인 유지보수 및 서비스(416)(이는, 또한 수정, 재구성, 수리 등을 포함할 수 있음)가 예정된다.
방법(400)의 프로세스들 각각은 시스템 통합자(system integrator), 제 3 자, 및/또는 조작자(operator)(예컨대, 고객)에 의해 수행되거나 실행될 수 있다. 이 설명의 목적들을 위해, 시스템 통합자는, 제한 없이, 임의의 수의 항공기 제조사들 및 주요 시스템 하청업체(subcontractor)들을 포함할 수 있고; 제 3 자는, 제한 없이, 임의의 수의 판매사(vendor)들, 하청업체들 및 공급업체(supplier)들을 포함할 수 있고; 조작자는 항공사, 리스 회사, 군사 기업, 서비스 조직 등일 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 예시적 방법(400)에 의해 제작된 항공기(402)는 복수 개의 시스템(420)들 및 인테리어(422)와 함께 기체(418)를 포함할 수 있다. 복수 개의 시스템들(420)의 예들은 추진 시스템(424), 전기 시스템(426), 유압 시스템(428) 및 환경 시스템(430) 중 하나 또는 그 초과의 시스템을 포함할 수 있다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 개시된 격납 시스템(10)은, 항공기(402)의 다양한 시스템들(420), 이를테면 전기 시스템(426) 및/또는 환경 시스템(430) 내로 통합될 수 있다.
개시된 격납 시스템(10) 및 방법(200)은, 항공기 제조 및 서비스 방법(400)의 단계들 중 어느 하나 또는 그 초과의 단계들 중에 채용될 수 있다. 예컨대, 컴포넌트/서브조립체 제조(408), 시스템 통합(410) 및/또는 유지보수 및 서비스(416) 에 대응하는 구성요소들 또는 서브조립체들이, 개시된 격납 시스템(10)을 사용하여 제작되거나 제조될 수 있다. 또한, 하나 또는 그 초과의 장치 예들, 방법 예들 또는 이들의 조합이, 예컨대 항공기(402), 이를테면 기체(418) 및/또는 인테리어(422)의 조립을 실질적으로 촉진시키거나 항공기의 비용을 감소시킴으로써, 컴포넌트/서브조립체 제조(408) 및/또는 시스템 통합(410) 중 활용될 수 있다. 유사하게, 하나 또는 그 초과의 시스템 예들, 방법 예들, 또는 그의 조합은, 항공기(402)가 서비스중인 동안, 예컨대 그리고 제한 없이, 유지보수 및 서비스(416) 동안 활용될 수 있다.
개시된 격납 시스템(10) 및 방법(200)이 항공기의 맥락에서 설명되지만; 그러나, 당업자는 개시된 서비스 시스템이 다양한 상이한 유형의 운송수단(vehicle)들에 대한 다양한 상이한 컴포넌트들을 위해 활용될 수 있음을 용이하게 인식할 것이다. 일 예로서, 본원에 설명된 실시예들의 구현예들은 예컨대, 헬리콥터들, 여객선들, 자동차들 등을 포함하는 임의의 유형의 운송수단에서 구현될 수 있다. 다른 예로서, 개시된 격납 시스템(10)은 배터리들을 수송(ship)하거나 또는 보관할 때 사용될 수 있다.
게다가, 본 개시물은 하기 항목들에 따른 실시예들을 포함한다:
항목 1. 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 열 재료를 포함함―; 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정됨―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함하는, 격납 시스템.
항목 2. 항목 1의 격납 시스템으로서, 고 에너지 밀도 디바이스를 더 포함하고, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 적어도 부분적으로 상기 1차 격납 체적에 위치 설정된다.
항목 3. 항목 2의 격납 시스템으로서, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 배터리를 포함한다.
항목 4. 항목 3의 격납 시스템으로서, 상기 배터리는 리튬 이온 배터리이다.
항목 5. 항목 2의 격납 시스템으로서, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 연료 전지를 포함한다.
항목 6. 항목 2의 격납 시스템으로서, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 복수 개의 서브유닛들을 포함하며, 상기 1차 격납 층은 복수 개의 1차 격납 유닛들을 포함하고, 상기 복수 개의 서브유닛들의 각각의 서브유닛은 적어도 부분적으로 상기 복수 개의 1차 격납 유닛들의 연관된 1차 격납 유닛에 위치 설정된다.
항목 7. 항목 2의 격납 시스템으로서, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 상기 1차 격납 층 내에서 꼭맞게(closely) 수용된다.
항목 8. 항목 1의 격납 시스템으로서, 베이스 구조물을 더 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 2차 격납 체적을 규정하도록 상기 베이스 구조물에 연결되며, 상기 3차 격납 층은 상기 3차 격납 체적을 규정하도록 상기 베이스 구조물에 연결된다.
항목 9. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 1차 격납 층은 슬리브, 랩 및 용기 중 하나로서 구성된다.
항목 10. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 열 재료는 중합체를 포함한다.
항목 11. 항목 10의 격납 시스템으로서, 상기 중합체는 100℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 중합체이다.
항목 12. 항목 10의 격납 시스템으로서, 상기 중합체는 125℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 중합체이다.
항목 13. 항목 10의 격납 시스템으로서, 상기 중합체는 폴리아릴에테르케톤을 포함한다.
항목 14. 항목 10의 격납 시스템으로서, 상기 중합체는 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤, 폴리에테르이미드 및 이의 조합물들로 구성된 군으로부터 선택된다.
항목 15. 항목 10의 격납 시스템으로서, 상기 중합체는 실리콘을 포함한다.
항목 16. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 열 재료는 상변화 재료를 포함한다.
항목 17. 항목 16의 격납 시스템으로서, 상기 상변화 재료는 고체에서 액체로의 상변화 재료이다.
항목 18. 항목 16의 격납 시스템으로서, 상기 상변화 재료는 파라핀, 지방산, 페놀, 밀랍, 퀴논, 벤조산, p-크실렌 디클로라이드, 규산나트륨, 리튬, 염화나트륨 및 이의 조합물들로 구성된 군으로부터 선택된다.
항목 19. 항목 16의 격납 시스템으로서, 상기 1차 격납 층은 캐리어를 더 포함하며, 상기 열 재료는 상기 캐리어에 의해 지지된다.
항목 20. 항목 19의 격납 시스템으로서, 상기 캐리어는 복수 개의 포켓들을 규정하고, 상기 열 재료는 상기 복수 개의 포켓들에 수용된다.
항목 21. 항목 19의 격납 시스템으로서, 상기 캐리어는 중합체 필름을 포함한다.
항목 22. 항목 19의 격납 시스템으로서, 상기 캐리어는 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나로 구성된 프레임워크를 포함한다.
항목 23. 항목 19의 격납 시스템으로서, 상기 캐리어는 상기 열 재료에 침지된 금속 산화물을 포함한다.
항목 24. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 2차 격납 층은 돔 형상이다.
항목 25. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 2차 격납 층은 레이어드 구조물을 포함하며, 상기 가스 포집 재료가 상기 레이어드 구조물 내에 통합된다.
항목 26. 항목 25의 격납 시스템으로서, 상기 레이어드 구조물은 가스 투과 층 및 가스 불투과 층을 포함하며, 상기 가스 포집 재료는 상기 가스 투과 층과 상기 가스 불투과 층 사이에 위치 설정된다.
항목 27. 항목 26의 격납 시스템으로서, 상기 가스 투과 층은 패브릭을 포함한다.
항목 28. 항목 27의 격납 시스템으로서, 상기 패브릭은 금속 산화물 섬유들을 포함한다.
항목 29. 항목 27의 격납 시스템으로서, 상기 가스 불투과 층은 중합체 재료를 포함한다.
항목 30. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 가스 포집 재료는 흡착제를 포함한다.
항목 31. 항목 30의 격납 시스템으로서, 상기 흡착제는 금속 유기 프레임워크 및 제올라이트 중 적어도 하나를 포함한다.
항목 32. 항목 30의 격납 시스템으로서, 상기 흡착제는 수소 선택성 흡착제, 이산화탄소 선택성 흡착제 및 탄화수소 선택성 흡착제 중 적어도 하나를 포함한다.
항목 33. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 가스 포집 재료는 흡수제를 포함한다.
항목 34. 항목 1의 격납 시스템으로서, 지지 구조물을 더 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 지지 구조물에 의해 지지된다.
항목 35. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 2차 격납 체적에 위치 설정되는 센서를 더 포함한다.
항목 36. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 3차 격납 층은 돔 형상이다.
항목 37. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 탄도성 재료는 팽창성 재료를 포함한다.
항목 38. 항목 37의 격납 시스템으로서, 상기 3차 격납 층은 레이어드 구조물을 포함하며, 상기 팽창성 재료는 상기 레이어드 구조물 내에 통합된다.
항목 39. 항목 38의 격납 시스템으로서, 상기 레이어드 구조물은 하나 이상의 라이너 층을 포함하며, 상기 라이너 층은 상기 팽창성 재료에 도포된다.
항목 40. 항목 39의 격납 시스템으로서, 상기 라이너 층은 탄도성 패브릭을 포함한다.
항목 41. 항목 39의 격납 시스템으로서, 상기 레이어드 구조물은 퀼트식이다(quilted).
항목 42. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 탄도성 재료는 탄도성 패브릭을 포함한다.
항목 43. 항목 42의 격납 시스템으로서, 상기 탄도성 패브릭은 다층 구조물이다.
항목 44. 항목 42의 격납 시스템으로서, 상기 탄도성 패브릭은 파라-아라미드 합성 패브릭을 포함한다.
항목 45. 항목 1의 격납 시스템으로서, 지지 구조물을 더 포함하고, 상기 3차 격납 층은 상기 지지 구조물에 의해 지지된다.
항목 46. 항목 1의 격납 시스템으로서, 상기 3차 격납 체적에 위치 설정되는 센서를 더 포함한다.
항목 47. 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 상변화 재료 및 캐리어를 포함하고, 상기 상변화 재료는 상기 캐리어에 의해 지지됨―; 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 2차 격납 층은 가스 투과 층, 가스 불투과 층, 및 상기 가스 투과 층과 상기 가스 불투과 층 사이에 위치 설정되는 가스 포집 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 2차 격납 층이 상기 3차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 3차 격납 층은 라이너 재료 및 상기 라이너 재료에 연결되는 팽창성 재료를 포함함―을 포함하는, 격납 시스템.
항목 48. 항목 47의 격납 시스템으로서, 상기 캐리어는 상기 상변화 재료에 침지된 금속 산화물을 포함한다.
항목 49. 항목 47의 격납 시스템으로서, 상기 가스 포집 재료는 흡착제를 포함한다.
항목 50. 적어도 부분적으로 1차 격납 체적을 규정하는 1차 격납 층―상기 1차 격납 층은 열 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 상기 1차 격납 체적에 수용되는 고 에너지 밀도 디바이스를 포함하는, 격납 시스템.
항목 51. 항목 50의 격납 시스템으로서, 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층을 더 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함한다.
항목 52. 항목 50의 격납 시스템으로서, 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층을 더 포함하고, 상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함하며, 상기 1차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정된다.
항목 53. 적어도 부분적으로 2차 격납 체적을 규정하는 2차 격납 층―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료를 포함함―; 및 적어도 부분적으로 상기 2차 격납 체적에 수용되는 고 에너지 밀도 디바이스를 포함하는, 격납 시스템.
항목 54. 항목 53의 격납 시스템으로서, 적어도 부분적으로 3차 격납 체적을 규정하는 3차 격납 층―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료를 포함함―을 더 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정된다.
항목 55. 고 에너지 밀도 디바이스를 제공하는 단계; 열 재료를 포함하는 1차 격납 층 내에서 적어도 부분적으로 상기 고 에너지 밀도 디바이스를 밀폐하는 단계; 가스 포집 재료를 포함하는 2차 격납 층 내에서 상기 1차 격납 층을 밀폐하는 단계; 및 탄도성 재료를 포함하는 3차 격납 층 내에서 상기 2차 격납 층을 밀폐하는 단계를 포함하는, 격납 방법.
고 에너지 밀도 디바이스들을 위한, 개시된 격납 시스템 및 방법의 다양한 실시예들이 도시되고 설명되어 있지만, 당업자가 본 명세서를 판독함으로써 수정예들을 이룰 수 있다. 본 출원은 이러한 수정예들을 포함하며, 청구범위들의 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (15)

  1. 격납 시스템(containment system)(10)으로서,
    적어도 부분적으로 1차 격납 체적(containment volume)(30)을 규정하는 1차 격납 층(14)―상기 1차 격납 층은 열 재료(thermal material)를 포함함―;
    적어도 부분적으로 2차 격납 체적(22)을 규정하는 2차 격납 층(16)―상기 2차 격납 층은 가스 포집 재료(gas capturing material)(72)를 포함하고, 상기 1차 격납 층은 상기 2차 격납 체적에 위치 설정됨―; 및
    적어도 부분적으로 3차 격납 체적(24)을 규정하는 3차 격납 층(18)―상기 3차 격납 층은 탄도성 재료(ballistic material)를 포함하고, 상기 2차 격납 층은 상기 3차 격납 체적에 위치 설정됨―을 포함하는,
    격납 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고 에너지 밀도 디바이스(12)를 더 포함하며, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 적어도 부분적으로 상기 1차 격납 체적에 위치 설정되며, 상기 고 에너지 밀도 디바이스는 배터리(battery) 및 연료 전지(fuel cell) 중 하나를 포함하는,
    격납 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고 에너지 밀도 디바이스(12)는 복수 개의 서브유닛들(12A 내지 12D)을 포함하며, 상기 1차 격납 층(14)은 복수 개의 1차 격납 유닛들(14A 내지 14D)을 포함하며, 상기 복수 개의 서브유닛들의 각각의 서브유닛들은 적어도 부분적으로 상기 복수 개의 1차 격납 유닛들의 연관된 1차 격납 유닛에 위치 설정되는,
    격납 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베이스 구조물(20)을 더 포함하고,
    상기 2차 격납 층(16)은 상기 2차 격납 체적(22)을 규정하도록 상기 베이스 구조물에 연결되며, 상기 3차 격납 층(18)은 상기 3차 격납 체적(24)을 규정하도록 상기 베이스 구조물에 연결되는,
    격납 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 격납 층(14)은 슬리브(sleeve), 랩(wrap) 및 용기(container) 중 하나로서 구성되는,
    격납 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 재료는 중합체를 포함하며,
    상기 중합체는,
    100℃ 이상의 유리 전이 온도(glass transition temperature)를 갖는 열가소성 중합체,
    125℃ 이상의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 중합체,
    폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤, 폴리에테르이미드 및 이의 조합물들로 구성된 군으로부터 선택되거나 또는
    실리콘을 포함하는,
    격납 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 재료는, 상변화 재료(phase change material)(42, 62)를 포함하며,
    상기 상변화 재료는,
    고체에서 액체로의 상변화 재료, 또는
    파라핀, 지방산, 페놀, 밀랍, 퀴논, 벤조산, p-크실렌 디클로라이드, 규산나트륨, 리튬, 염화나트륨 및 이의 조합물들로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 포함하는,
    격납 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 1차 격납 층(14)은 캐리어(carrier)(44, 64)를 더 포함하며,
    상기 열 재료는 상기 캐리어에 의해 지지되며,
    상기 캐리어는;
    복수 개의 포켓들(pockets)(46)을 규정하거나―상기 열 재료는 상기 복수 개의 포켓들에 수용됨―,
    중합체 필름(polymeric film)을 포함하거나, 또는
    금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나로 구성된 프레임워크(framework)―상기 금속 산화물은 열 재료에 침지됨―를 포함하는,
    격납 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 격납 층(16)은 레이어드 구조물(layered structure)(70)을 포함하고, 상기 가스 포집 재료(72)는 상기 레이어드 구조물 내로 포함되는,
    격납 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이어드 구조물(70)은 가스 투과 층(74) 및 가스 불투과 층(76)을 포함하며, 상기 가스 포집 재료(72)는 상기 가스 투과 층과 상기 가스 불투과 층 사이에 위치 설정되며, 상기 가스 투과 층은 패브릭(fabric)을 포함하며, 상기 가스 불투과 층은 중합체 재료를 포함하는,
    격납 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 포집 재료(72)는 흡착제(adsorbent)를 포함하며,
    상기 흡착제는,
    금속 유기 프레임워크 및 제올라이트 중 적어도 하나, 또는
    수소 선택성 흡착제, 이산화탄소 선택성 흡착제 및 탄화수소 선택성 흡착제 중 적어도 하나를 포함하는,
    격납 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 구조물(82)을 더 포함하며,
    상기 2차 격납 층(16)은 상기 지지 구조물에 의해 지지되는,
    격납 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄도성 재료는 팽창성 재료(dilatant material)(102)를 포함하며, 상기 3차 격납 층(18)은 레이어드 구조물(100, 120)을 포함하며, 상기 팽창성 재료는 상기 레이어드 구조물 내에 통합되며, 상기 레이어드 구조물은 하나 이상의 라이너(liner) 층을 포함하고, 상기 라이너 층은 상기 팽창성 재료에 도포되는,
    격납 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄도성 재료는 다층 구조물 및 파라-아라미드 합성 패브릭(para-aramid synthetic fabric) 중 적어도 하나인 탄도성 패브릭을 포함하는,
    격납 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 구조물(140)을 더 포함하며,
    상기 3차 격납 층(18)은 상기 지지 구조물에 의해 지지되는,
    격납 시스템.
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