(57)【要約】  吸着媒体（４０）で少なくとも部分的に満たされた閉鎖容器（１０）を含み、かつ遮断要素（２２、２４）によってそれぞれ閉鎖することができる入口（２１）および出口（２３）を有する収着貯蔵器を充填する方法であって：  （ａ）出口遮断要素（２４）を閉鎖し、入口遮断要素（２２）を開放する工程と、  （ｂ）入口（２１）を通して、所定の圧力下で、貯蔵される気体を導入する工程と、  （ｃ）所定の流量を有する気体流が容器（１０）内で確立されるように、入口遮断要素（２２）を開放した状態で出口遮断要素（２４）を急速に開放する工程と、  （ｄ）貯蔵器に吸着される気体の吸着率の関数として、流量を低減させる工程と、  （ｅ）出口遮断要素（２４）を完全に閉鎖する工程とを含む方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着媒体（４０）で少なくとも部分的に満たされた閉鎖容器（１０）を含み、かつ遮断要素（２２、２４）によってそれぞれ閉鎖することができる入口（２１）および出口（２３）を有する収着貯蔵器を気体で充填する方法であって：
（ａ）出口遮断要素（２４）を閉鎖し、入口遮断要素（２２）を開放する工程と、
（ｂ）入口（２１）を通して、所定の圧力下で、貯蔵される気体を導入する工程と、
（ｃ）所定の流量を有する気体流が容器（１０）内で確立されるように、入口遮断要素（２２）を開放した状態で出口遮断要素（２４）を急速に開放する工程と、
（ｄ）貯蔵器に吸着される気体の吸着率の関数として、流量を低減させる工程と、
（ｅ）出口遮断要素（２４）を完全に閉鎖する工程と
を含む方法。
【請求項２】
容器が、少なくとも２つの平行なチャネル形状のサブチャンバ（３０、３１）を有し、サブチャンバはそれぞれが少なくとも部分的に吸着媒体（４０）で満たされ、かつそれらのチャネル壁はその内部が冷却される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
チャネル形状のサブチャンバ（３０、３１）のチャネル壁が二重壁として構成され、その内部を伝熱媒体が流れる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
チャネル形状のサブチャンバ（３０、３１）のそれぞれのチャネル壁の間隔が、２ｃｍから８ｃｍである、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
容器内にまたは容器（１０）外に流れる気体流が、流れセンサを用いて測定され、容器内の気体の流量は、経時的な吸着率の所定の倍数として設定される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
所定の倍数が１．５から１００であり、好ましくは３から４０である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
気体流の温度を、容器の内部、特に少なくとも１つのチャネル形状のサブチャンバ（３０、３１）内の少なくとも１つの点で測定し、所定の最高温度を超えないような手法で必要な場合には容器内の気体の流量に一致させる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
吸着媒体（４０）の多孔度が少なくとも０．２である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
吸着媒体（４０）がペレットの床として存在し、ペレットの透過率と最小ペレット直径との比が少なくとも１０−１４ｍ２／ｍである、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
吸着媒体（４０）が、ゼオライト、活性炭、または金属有機フレームワークを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
閉鎖容器（１０）と、容器の壁にある入口（２１）および入口遮断要素（２２）を含む供給デバイスとを含み、かつ容器の壁にある出口遮断要素（２４）を有する出口（２３）を有する、気体状物質を貯蔵するための収着貯蔵器であって、容器は少なくとも１つの分離要素（１５）を有し、分離要素は、容器の内部に位置付けられかつ容器の内部が少なくとも２つの平行なチャネル形状のサブチャンバ（３０、３１）に分割されるように構成されており、サブチャンバは少なくとも部分的に吸着媒体（４０）で満たされそのチャネル壁が冷却可能なものであり、断面から見たときに、少なくとも１つの分離要素（１５）および任意選択で複数の分離要素並びに容器の内壁の輪郭が本質的に共形である、収着貯蔵器。
【請求項１２】
容器（１０）が円筒状であり、少なくとも１つの分離要素（１５）が、円筒の軸に対して本質的に同軸上配置構成される、請求項１１に記載の収着貯蔵器。
【請求項１３】
少なくとも１つの分離要素（１５）がチューブとして構成され、当該チューブの内部が第１のチャネル形状のサブチャンバ（３０）を形成し、かつチューブの外壁と容器の内壁との間、または任意選択でチューブの外壁とその他の分離要素との間の空間が第２の環状のチャネル形状のサブチャンバ（３１）を形成する請求項１２に記載の収着貯蔵器。
【請求項１４】
チャネル形状のサブチャンバ内の気体の温度よりも高い温度の伝熱媒体が、チャネル壁の内部を流れる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の収着貯蔵器から気体を得る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体状物質を貯蔵するための収着貯蔵器であって、閉鎖容器と、この容器の壁にある入口および入口遮断要素を含む供給デバイスとを含み、かつこの容器の壁にある出口遮断要素を有する出口を有する貯蔵器に関する。本発明はさらに、収着貯蔵器を気体で満たす方法であって、収着貯蔵器が、少なくとも部分的に吸着媒体で満たされた閉鎖容器を含み、遮断要素を用いてそれぞれ閉鎖することができる入口および出口を有する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定式および移動式用途で気体を貯蔵するために、加圧式気体タンクに加え、収着貯蔵器が今日では益々使用されつつある。収着貯蔵器は、一般に、気体が吸着されそれによって貯蔵される、大きな内部表面積を有する吸着媒体を含む。取着貯蔵器を満たしている間、吸着の結果として熱が放出され、貯蔵器から除去しなければならない。同様に、熱は、貯蔵器から気体を得る場合に脱着のプロセスのために供給されなければならない。したがって、熱の管理は、取着貯蔵器の設計において非常に重要なことである。
【０００３】
米国特許出願公開第２００８／０１６８７７６（Ａ１）号は、周囲から断熱された外部容器を含み、その内部には、吸着媒体を含む複数の圧力容器が配置構成されている、水素用の収着貯蔵器について記述している。圧力容器間の中間スペースは、吸着中に発生した熱を除去できるようにするために冷却液で満たされる。
【０００４】
特許出願ＷＯ  ２００５／０４４４５４  Ａ２は、気状炭化水素を貯蔵するための装置であって、吸着媒体で満たされた容器を含む装置について記述している。貯蔵される気体用の外部回路であって、吸着中に発生した熱を除去するために気体流が冷却される外部回路が設けられる。
【０００５】
公知の収着貯蔵器の欠点は、気体で満たす操作がゆっくりとしか進まないことである。特に移動のための用途の場合、例えば自動車両では、この欠点が特に深刻である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１６８７７６（Ａ１）号
【特許文献２】特許出願ＷＯ  ２００５／０４４４５４  Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、気体の速い充填を可能にしかつ気体の取出しを改善させた、気体状物質を貯蔵する方法を提供することである。装置は、単純な構造を有して動作中の電気エネルギーをほとんど必要としないものであるべきである。その他の目的は、迅速にかつ効率的に貯蔵器を充填し、貯蔵器から気体を除去する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載される本発明の対象によって達成される。本発明のその他の有利な実施形態は従属請求項に見出すことができる。本発明のその他の対象は、請求項１１およびこれに従属する請求項に示されている。
【０００９】
本発明の方法は、閉鎖容器を含み、遮断要素を用いてそれぞれ閉鎖することができる入口および出口を有する収着貯蔵器（吸着貯蔵器）を使用して実施される。容器は、吸着媒体で少なくとも部分的に満たされる。本発明の方法は、下記の工程：
（ａ）出口遮断要素を閉鎖し、入口遮断要素を開放する工程と、
（ｂ）入口を通して、所定の圧力下で、貯蔵される気体を導入する工程と、
（ｃ）所定の流量を有する気体流が容器内で確立されるように、入口遮断要素を開放した状態で出口遮断要素を急速に開放する工程と、
（ｄ）貯蔵器に吸着される気体の吸着率の関数として、流量を低減させる工程と、
（ｅ）出口遮断要素を完全に閉鎖する工程と
を含む。
【００１０】
従来技術で公知に収着貯蔵器は、充填のためのものであり、通常は圧力ラインに接続され、このラインから、貯蔵器内が所定の最終圧力に到達するまで、貯蔵される気体を定圧で貯蔵器内に流す。しかし、充填に要する時間は、充填が本発明の方法により実施される場合に著しく短縮できることがわかった。
【００１１】
収着貯蔵器では、吸着媒体への吸着によって、かつ吸着媒体の個々の粒子の間の空隙および個々の粒子の内部に、または吸着媒体が満たされていない容器の領域に、気体が貯蔵される。本発明の方法の工程（ｂ）の間、空隙が気体で最初に満たされる。貯蔵器内の圧力は、事実上遅れ時間なしで、容器に流入した気体の圧力に従う。充填動作に必要な合計時間を最短にするために、この最初の工程は、充填動作の終わりの最終圧力として定められた圧力で導入される気体により、可能な限り迅速に実施すべきである。
【００１２】
工程（ｂ）の間、気体の一部が吸着され、その結果、吸着材料の温度になり、したがって周囲の気体の温度も上昇する。工程（ｃ）で入口遮断要素が開放し続けた状態で出口遮断要素を急速に開放することにより、気体流が容器内に発生し、これが吸着媒体上を流れ、容器からの、吸着の結果発生した熱の移送が確実になる。さらに、気体流は吸着媒体の熱伝導率を増大させ、これも同様に、より急速な熱の除去に寄与する。
【００１３】
気体が吸着媒体に吸着されるほど、より多くの熱が発生する。吸着媒体の投入を増大させるにつれ、単位時間当たり吸着できる気体の量が減少する。単位時間当たり吸着される気体の量を、吸着率と呼ぶ。吸着率の関数として、経時的な容器内の気体流の流量を低減させることが、有利であることがわかった（工程ｄ）。本発明による方法の終わりに、出口遮断要素を閉鎖する。
【００１４】
吸着率は、吸着動態から誘導することができ、本発明の目的では、吸着動態という用語は、等温および等圧条件下、経時的な吸着媒体への気体の吸着の過程を指す。吸着動態を決定する方法は、例えば圧力ジャンプ実験または吸着バランスを用いたものが当業者に公知である（例えば、「Ｚｈａｏ，Ｌｉ、およびＬｉｎ、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ＆  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、４８（２２）、２００９、１００１５〜１００２０頁」）。
【００１５】
吸着動態の過程は、最初に急峻な上昇を示し、次いで最終値に向かって収束するにつれさらに平らになる、指数関数的に減衰する関数によって頻繁に近似することができる。そのような近似の例は、関数ａ・（１−ｅ−ｂｔ）であり、式中、ａおよびｂは正の定数である。吸着動態は、その他の関数、例えば凹関数、複数区間が一定の関数、複数区間が線形の関数、または初期値および最終値を接合する線形関数によって、近似することもできる。近似関数は、このように吸着率を決定することができる。
【００１６】
本発明の方法の好ましい実施形態では、容器にまたは容器から流れる気体流は、流れセンサ（流量センサー）を用いて測定され、容器内の気体の流量は、経時的な吸着率の所定の倍数として設定される。倍数は、好ましくは１．５から１００であり、特に好ましくは３から４０である。倍数が過度に小さい値であると、熱を十分に除去することができなくなるリスクがある。非常に高い値では、熱除去を実現できるという点に関して適度な利得がない状態で多量の流れを確実にするために、不必要に大量のエネルギーを消費しなければならなくなる。
【００１７】
本発明の方法のその他の好ましい実施形態では、気体流の温度は、容器内部の少なくとも１つの点で測定され、容器内の気体の流量は、所定の最高温度を超えないように必要に応じて調節される。温度は、少なくとも１つのチャネル形状のサブチャンバ内で特に好ましく測定される。
【００１８】
流量の調節は、好ましくは、出口遮断要素の開放程度を変えることによって実施される。遮断要素は、特に出口遮断要素において、調整弁として特に好ましく構成される。
【００１９】
本発明の方法の有利な実施形態では、流入気体を冷却し、その後、特に一定温度で供給する。好ましい実施形態では、出口から出て行く気体を、循環回路内で入口まで再循環させる。循環回路では、気体は有利に圧縮され冷却され；圧縮器、ポンプ、および熱交換器などの適切な装置が当業者に公知である。
【００２０】
様々な材料が吸着媒体として適している。吸着媒体は、好ましくはゼオライト、活性炭、または金属有機フレームワークを含む。
【００２１】
吸着媒体の多孔度は、好ましくは少なくとも０．２である。多孔度は、空隙体積と、容器内の任意の下位体積の合計体積との比であると定義される。低多孔度では、吸着媒体中を流れる際の圧力降下が増大し、それが充填時間に悪影響を及ぼす。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、吸着媒体はペレット床として存在し、ペレットの透過率と最小ペレット直径との比は、少なくとも１０−１４ｍ２／ｍである。充填中に気体がペレット内を透過する率は、ペレット内部の圧力がペレットの外側の圧力に近付く速度に依存する。この均圧化に必要な時間、したがってペレットの投入時間も、透過率の低下と共にかつペレットの直径の増大と共に長くなる。これは、充填および排出の全プロセスに対して限られた効果しか発揮しない可能性がある。
【００２３】
本発明の方法の好ましい実施形態では、容器は、少なくとも２つの平行なチャネル形状のサブチャンバを有し、これらのサブチャンバはそれぞれ、少なくとも部分的に吸着媒体で満たされ、そのチャネル壁は内部が冷却される。
【００２４】
少なくとも１つの分離要素または複数の分離要素、特に存在する全ての分離要素は、それらの内部を伝熱媒体が流れることができるように、好ましくは二重壁を有する。チャネル形状のサブチャンバの、全てのチャネルの壁が二重壁で、伝熱媒体をそれらの内部に流すことができるようにすることも好ましい。少なくとも１つの分離要素または複数の分離要素の配置構成に応じて、容器の内壁の断面は、１つのチャネル形状のサブチャンバまたは複数のチャネル形状のサブチャンバのチャネル壁を形成する。この場合も、容器の壁は好ましくは二重壁ある。特に好ましい実施形態では、端面を含む容器の壁全体は、その内部を伝熱媒体が流れることができるように構成され、特に二重壁として構成される。
【００２５】
収着貯蔵器内の気体の冷却または加熱に適した温度範囲に応じて、様々な伝熱媒体、例えば水、グリコール、アルコール、またはこれらの混合物が可能である。適切な伝熱媒体は、当業者に公知である。
【００２６】
チャネル形状の各サブチャンバのチャネル壁の間隔は、２ｃｍから８ｃｍが有利であることがわかった。ここで間隔という用語は、チャネルの軸に垂直な断面で見たときの、対向する壁の２点間の最短距離を指す。例えば、円形断面を有するチャネルの場合、間隔は直径に相当し、環状断面の場合、間隔は環の幅に相当し、長方形の断面の場合、間隔は、平行な面の間の距離の短いほうに相当する。特に、全てのチャネル壁が冷却または加熱される場合、述べられた範囲は、吸着媒体の伝熱と充填体積との良好な妥協点であることがわかった。間隔が拡がるほど、吸着媒体と壁との間の伝熱は悪化し、より狭い間隔の場合、容器の所与の外部寸法での吸着媒体の充填体積が減少する。さらに、収着貯蔵器の重量およびその生産コストが増加し、これは移動の用途の場合に特に不利である。
【００２７】
好ましい実施形態では、チャネル形状のサブチャンバのチャネル壁の間隔は、４０％以下だけ異なり、特に好ましくは２０％以下だけ異なる。そのような構成は、充填中の熱の均一な除去と、容器を空にする間の熱の導入とを助ける。
【００２８】
その他の好ましい実施形態では、チャネル形状のサブチャンバの断面積は、容器に気体を充填する間、チャネル形状のサブチャンバ内の流速がチャネル対当たり２０％以下異なるように選択される。全てのチャネル形状のサブチャンバ内での流速は、２０％以下異なることが特に好ましい。
【００２９】
好ましいとして述べてきたチャネル形状のサブチャンバの、非常に均一な壁の間隔および非常に均一な断面積に関する要件は、容器の特定の幾何構成によっては矛盾する可能性がある。そのような場合、非常に均一な壁の間隔を有する構成が好ましいが、それは均一な熱の除去の作用が、容器を空にする間の流れ作用よりも重要だからである。
【００３０】
貯蔵器を満たす本発明の方法において、流れ作用は、主として重要なものである。容器内での局所的に異なる流速の場合、例えば異なる断面積を有する複数のチャネル形状のサブチャンバの場合、最小流速が、所与の時間での容器の最大充填を制限し、または気体の所与の充填量での持続時間を制限する。
【００３１】
有利な実施形態では、流入気体は、１つの穿孔された流入チューブ内または複数の穿孔された流入チューブ内を、吸着媒体まで搬送される。この結果、より均一な気体流およびより均質な温度分布が、吸着媒体で得られる。
【００３２】
収着貯蔵器の容器は、好ましくは円筒状であり、少なくとも１つの分離要素は、円筒の軸に本質的に同軸に配置構成される。少なくとも１つの分離要素の長軸が、
円筒の軸に対して数度から最大１０度まで傾いている実施形態は、「本質的に」同軸と見なされる。この構成は、円筒の軸に沿ってチャネル断面がごく僅かしか変化せず、したがってチャネルの長さに沿った均一な流れを確立できることを、確実にする。
【００３３】
容器内で設置に利用可能な空間および最大限許容可能な圧力に応じて、円筒状容器の様々な断面積が可能であり、例えば、円、楕円、または長方形が可能である。例えば容器が車体の中空スペース内に嵌め込まれる場合、不規則な形状の断面積も可能である。円形および楕円形の断面は、約１００ｂａｒよりも高い高圧に特に適している。
【００３４】
本発明はさらに、気体状物質を貯蔵するための収着貯蔵器であって、閉鎖容器と、容器の壁にある入口および入口遮断要素を含んだ供給デバイスとを含み、かつ容器の壁にある出口遮断要素を有する出口を有する、収着貯蔵器を提供する。容器は、その内部に位置付けられかつ容器の内部が少なくとも２つの平行なチャネル形状のサブチャンバに分割されるように構成された少なくとも１つの分離要素であって、これらのサブチャンバが少なくとも部分的に吸着媒体で満たされ、そのチャネルの壁が冷却可能なものである、上記少なくとも１つの分離要素を有する。本発明によれば、断面から見たときに、少なくとも１つの分離要素および任意選択で複数の分離要素並びに容器の内壁の輪郭が、本質的に共形である。
【００３５】
この文脈において、共形は、輪郭が同じ形状を有すること、例えば全て円形であり、全て楕円形であり、または全て長方形であることを意味する。「本質的に共形」という表現は、基本形状からの小さな偏差が「同じ形状」に依然として包含されることを意味する。例は、長方形の基本形状の場合、丸みの付いた隅であり、または製造許容差内の偏差である。
【００３６】
そのような構成は、効率的な加熱管理と併せた非常に大量の吸着媒体を目指して、容器の内部空間の最適な利用を可能にする。
【００３７】
二重壁の分離要素、チャネル壁の間隔、および／または円筒状の容器内での分離要素の同軸配置構成など、上述の好ましい構造上の特徴も、本発明の収着貯蔵器の好ましい実施形態を表す。
【００３８】
容器および分離要素の壁の厚さの選択は、容器内で期待される最大圧力、容器の寸法、特にその直径、および使用される材料の性質に依存する。外径１０ｃｍおよび最大圧力１００ｂａｒの合金鋼容器の場合、最小壁厚は例えば２ｍｍと推定された（ＤＩＮ  １７４５８に従う）。二重壁の内部間隔は、その内部を伝熱媒体の十分に大きい体積の流れが通ることができるように選択される。二重壁の内部間隔は、好ましくは２ｍｍから１０ｍｍであり、特に好ましくは３ｍｍから６ｍｍである。
【００３９】
少なくとも１つの分離要素は、特に好ましくはチューブとして構成され、その結果、このチューブの内部空間が第１のチャネル形状のサブチャンバを形成するように、かつチューブの外壁と容器の内壁との間、または任意選択でチューブの外壁とその他の分離要素との間が第２の環状サブチャンバを形成するようになされている。断面から見たチューブ状の分離要素の輪郭は、容器の内壁の輪郭に対して共形であり；それらは例えば、共に円形または共に楕円形である。本発明によるこの実施形態のその他の発展例では、複数の分離要素が存在し、全てが様々な直径を有するチューブとして構成されかつ同軸上に配置構成されている。それらの輪郭は、断面から見た場合、同様に、容器の内壁の輪郭に対して共形である。
【００４０】
供給デバイスは、容器の壁にある少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの入口遮断要素とを含む。好ましい実施形態では、供給デバイスは、指示された手法で全てのサブチャンバ上の少なくとも１つの入口の内部を流れる気体を流通させる構成要素、例えば偏向要素またはディストリビュータデバイスを含む。その他の有利な実施形態では、供給デバイスは、容器の壁を通る複数の通路を含み、その内部を通って、流入する気体はチャネル形状のサブチャンバへと方向が定められる。
【００４１】
気体の流入量は、個々の量の気体の互いに対する比が、サブチャンバの断面積の比に相当するように、特に好ましくはチャネル形状のサブチャンバ上に流通される。
【００４２】
本発明はさらに、本発明による収着貯蔵器から気体を得る方法であって、チャネル形状のサブチャンバ内の気体の温度よりも高い温度の伝熱媒体を、チャネル壁の内部に流す方法を提供する。
【００４３】
従来技術に比べ、本発明の収着貯蔵器は、吸着媒体からのまたは吸着媒体へのより速い伝熱を可能にする。これは所与の量の気体を用いた、貯蔵器の充填に必要な時間を著しく短縮させる。代替例として、貯蔵器には、より大量の気体を所与の時間で充填することができる。貯蔵器から気体を得る場合、本発明は、気体の急速かつ一定の提供を可能にする。この目的のため、チャネル壁は、例えば二重壁構成の場合、温度がチャネル形状のサブチャンバ内の気体の温度よりも高くかつ二重壁の内部を通過する伝熱媒体を使用して、加熱される。本発明の収着貯蔵器は、構成するのが簡単であり、そのコンパクトな構成の結果、移動の用途、特に自動車両に特に適している。二重チャネル壁を持つ実施形態には、冷却から加熱に変更するために、伝熱媒体を単に変更しまたはその温度を適切に変化させるだけでよいという追加の利点がある。したがってこの実施形態は、充填中および駆動モードの両方で、移動の用途に適している。
【００４４】
本発明を、図面の助けを借りて以下に示す；図面は、原則として示されるものと解釈されたい。それらは、例えば構成要素の特定の寸法または構成上の変形例に関して本発明を制限するものではない。明瞭にする観点から、図面は一般に、特に長さと幅との比に関して縮尺を合わせていない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の方法を実施するための、穿孔された流入チューブを有する収着貯蔵器の実施形態である。
【図２】本発明による収着貯蔵器の実施形態である。
【図３】２つのチャネル形状のサブチャンバと複数の穿孔された流入チューブとを有する、本発明による収着貯蔵器の実施形態である。
【図４】図１から３の実施形態の断面である。
【図５】循環回路を有する本発明による収着貯蔵器の実施形態である。
【図６】シミュレーションの例の吸着率を示す図である。
【図７】シミュレーションの例の投入および温度曲線を示す図である。
【００４６】
使用される符号のリスト
１０・・・容器
１５・・・分離要素
２１・・・入口
２２・・・入口遮断要素
２３・・・出口
２４・・・出口遮断要素
２５・・・流入チューブ
３０・・・第１のサブチャンバ
３１・・・第２のサブチャンバ
４０・・・吸着媒体
５０・・・循環回路
５１・・・圧縮器
５２・・・熱交換器
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１から４は、収着貯蔵器の概略断面を示す。図示される収着貯蔵器は、本質的に円筒状の容器１０を有する。図１から３はそれぞれ、円筒の軸に沿った縦断面を示し、図４は、円筒の軸に直交した、対応する断面を示す。
【００４８】
図１は、本発明の方法を実施するための、収着貯蔵器の第１の好ましい実施形態を示す。容器１０は円形断面を有し、両方の端面に、気体を流すために容器の壁を通る通路を有する。上端面には、入口遮断要素２２を用いて遮断することができる入口２１がある。下端面には、出口遮断要素２４を有する出口２３がある。容器１０の内部は、吸着媒体４０で完全に満たされている。容器の壁の入口端通路から、流入チューブ２５が、円筒の軸と同軸上に下向きに延びている。流入チューブは底部が閉鎖され、その周辺が穿孔されており、その排出開口の直径は、最上部から下向きに減少していく。容器の壁は、二重壁として構成されて、その内部に伝熱媒体を流すことを可能にする。伝熱媒体に対応した流入および流出接続が設けられるが、図には示していない。
【００４９】
破線矢印は、容器内の気体流を表す。入口２１内に流入する気体は、流入チューブ２５の開口から出て吸着媒体４０に入り、容器の壁に向かって半径方向に流れ、出口２３の方向に下向きに流れる。気体の一部は、吸着媒体４０に吸着され、残りは出口２３を通って容器１０を離れる。最上部から下に向かう容器の内容物の、修正されていない流れに比べ、穿孔流入チューブ２５は、より均一な流れとより均質な温度分布をもたらす。
【００５０】
本発明による収着貯蔵器の好ましい実施形態を、図２に示す。容器１０は、円形の断面を有し、両方の端面に容器の壁を通る通路を有する。上端面には、入口遮断要素２２を用いて遮断することができる入口２１がある。下端面には、出口遮断要素２４を有する出口２３がある。容器１０の内部には、円形断面を有するチューブとして構成されかつ円筒の軸と同軸上に配置構成された分離要素１５がある。チューブの内部空間は、第１のチャネル形状サブチャンバ３０を形成する。チューブの外壁と容器の内壁との間の空間は、第２の環状サブチャンバ３１を形成する。分離要素１５は、両方の端面から間隔を空けて配置されている。図示される実施例では、２つのサブチャンバ３０、３１が、吸着媒体４０で完全に満たされている。入口２１に面する端部には、容器の断面全体に拡がるカバー板によってサブチャンバ３０、３１が結合される。図示される実施例では、気体がサブチャンバ内に流れることのできる５つの開口が、カバー板に存在する。カバー板は、サブチャンバ３０、３１内への気体の均一な流れを確実にする流れ平衡器として機能する。図示される開口は例示的なものであり、異なる構成を有することもできる。例えば、環状または断続的な環状開口が、カバー板の環状外側領域に存在することができる。
【００５１】
破線矢印は、容器内の気体流を表す。流入する気体は、まず、容器の壁を通る上方通路とカバー板との間の吸着媒体で満たされていない空間に進入し、そこで均一に分布するようになる。気体は、カバー板の開口を通って２つのサブチャンバ３０、３１に流れ、そこで吸着媒体に吸着される。吸着媒体および周囲の気体は、吸着の結果、加熱される。容器の壁および分離要素１５は二重壁として構成され、伝熱媒体がその内部を流れて冷却を行い、したがって半径方向の温度勾配が、チャネル形状のサブチャンバの中心とその周囲との間に確立される。充填中の容器１０内を通る本発明による流れは、吸着で発生した熱の除去を行い、したがって吸着媒体の最高温度を低下させる。
【００５２】
図３は、本発明による収着貯蔵器のその他の好ましい実施形態を示す。貯蔵器の構成は、図２に示されるものに該当するが、穿孔流入チューブ２５が円筒の軸と同軸上に、カバー板の開口から下向きに延びる点が修正されている。図１の実施形態のように、流入チューブは、容器の内容物のより均一な流れと、吸着媒体でのより均質な温度分布とをもたらす。
【００５３】
図４は、円筒の軸に直交する断面を示す。上方の図は、図１の収着貯蔵器を通る断面を示し、下方の図は、図２または３のような収着貯蔵器を通る断面を示す。
【００５４】
図５は、循環回路５０に一体化された図１の収着貯蔵器の実施形態を示す。出口２３は、出口遮断要素２４を介して圧縮器５１の吸引側に接続され、次にこの圧縮器の加圧側は、熱交換器５２を介して容器１０の入口２１に接続されている。収着貯蔵器内を通る本発明による流れは、循環回路によって確実にされる。吸着媒体に吸着される気体の量だけが、外部回路２１を介して流入する。移動の用途、例えば自動車両の場合、この実施形態には、流れを維持するために外部気体ネットワークを使用する必要がないという利点がある。その結果、例えば、充填ステーションパイプシステムの汚染を回避するために充填ステーションに設ける必要がある複雑なフィルタデバイスを、省くことが可能になる。
【００５５】
実施例
プログラムＯｐｅｎＦＯＡＭ（ＥＮＧＹＳ製）を使用して実施されたシミュレーション計算の結果を、以下に示す。計算は、下記の前提に基づく：
−  ペレット床は、多孔質媒体として、また気相から分離された均質相と見なすことができる。したがって、個々のペレットそれぞれを数値的に分解する必要はない。
−  全てのペレットは、サイズ、透過率、密度、熱容量、伝導率、吸着のエンタルピー、および吸着動態に関して同じ性質を有する。
−  床の熱伝導に対する流れ作用は、公知の相関によって記述することができる（例えば、ＶＤｌ−Ｗａｒｍｅａｔｌａｓ、１０版、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  ２００６、ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｍｈ３）。
【００５６】
計算は、円形断面を有し、内部の長さ１００ｃｍおよび内径１７ｃｍの、円筒状容器に基づく。図２に類似する手法では、容器の内部には、円形断面を有するチューブが、円筒の軸に対して同心円状に、分離要素として設置されている。チューブは二重壁を有し、内径が５ｃｍである。その壁の厚さは合計で１ｃｍであり、二重壁の壁の間の隙間の幅が３ｍｍである。したがって容器の内部は、チャネル対において、２つの平行なチャネル形状のサブチャンバに分割される。チャネル壁の間隔は、両方のサブチャンバにおいて５ｃｍである。チューブの端部と、容器のそれぞれの端面の内面との間の間隔は、１ｃｍである。容器の壁は、同様に、壁の厚さが合計で１ｃｍの二重壁であり、この二重壁の間の隙間の幅は３ｍｍである。
【００５７】
容器は、１９リットルの充填体積を有し、吸着媒体としてタイプ１７７の金属フレームワーク（ＭＯＦ）のペレットで満たされる。ＭＯＦタイプ１７７は、有機リンカー分子として１，３，５−トリス（４−カルボキシフェニル）ベンゼンを介して接合された亜鉛クラスターを含む。ＭＯＦの比表面積（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）は、４０００から５０００ｍ２／ｇの範囲にある。このタイプに関するその他の情報は、米国特許第７，６５２，１３２（Ｂ２）号に見出すことができる。ペレットは、長さ３ｍｍおよび直径３ｍｍの円筒形状を有する。それらの透過率は３・１０−１６ｍ２である。したがって透過率と最小ペレット直径との比は、１０−１３ｍ２／ｍである。床の多孔度は０．４７である。
【００５８】
２７℃の温度で供給される純粋なメタンを用いた容器の充填を検査する。所定の最終圧力は９０ｂａｒ（絶対）である。伝熱媒体は、一定の壁の温度２７℃が確立されるように、容器の壁およびそれぞれの分離要素の内部を流れる。これらの条件下、容器を、最大で２ｋｇのメタンで満たすことができる。
【００５９】
図６は、圧力９０ｂａｒおよび温度２７℃でシミュレートされた、吸着媒体に対するメタンの吸着率を示す。この曲線は、ＭＯＦ、ゼオライト、または活性炭などの好ましい吸着媒体を代表するものである。
【００６０】
図７の図面は、３つのシナリオの結果を示す。比較シナリオ（実線曲線）では、気体が９０ｂａｒの定圧で最初から上述の容器内に供給される。出口遮断要素は、充填時間の最中は閉鎖されたままであり、容器内に流れが生じない。ペレット床の温度は、約８分後にその最高値である約３４２Ｋに到達する。
【００６１】
本発明による第１のシナリオ（破線曲線）では、比較シナリオと同じ容器構成を、基本的に使用する。しかし出口遮断要素は、第１の圧力が上昇した後に迅速に開放され、したがって容器内の流れが確立されるようになる。流量を測定し、充填の全持続時間にわたって吸着率の５倍まで調節する。図７の上方のグラフからわかるように、吸着媒体は、比較例の場合よりもさらに著しく迅速に投入される。床の温度の最高値には、約７分後に到達し、約３３２Ｋでは、比較例の場合よりも著しく低い（図７の下方のグラフ）。
【００６２】
本発明による第２のシナリオ（点線曲線）では、このシナリオは、流れが吸着率の２０倍に調節されている点が、本発明による第１のシナリオとは変わっている。図７の２つのグラフからわかるように、これは、投入時間のさらに有意な短縮と、より早期にかつ著しく低下する温度の最高値約３１１Ｋももたらす。
【００６３】
シミュレーションの結果は、本発明による動作形態を用いることにより吸着熱が効果的に除去され、それが、吸着媒体の最高温度の低下と、貯蔵される気体の急速な投入とをもたらすことを実証する。
【図１】
2015531465.tif 000002
【図２】
2015531465.tif 000003
【図３】
2015531465.tif 000004
【図４】
2015531465.tif 000005
【図５】
2015531465.tif 000006
【図６】
2015531465.tif 000007
【図７】
2015531465.tif 000008
【国際調査報告】
2015531465.tif 000009
2015531465.tif 000010