KR100647145B1 - 저해제 함유 상 변화 물질 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 질산염 및 물 조성물을 제공하는 단계 및 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질에 관한 것이다. 이러한 상 변화 물질은 열 배터리에 사용될 수 있다.
상 변화 물질, 열 배터리, 엔진, 열 에너지, 패시베이션

Description

저해제 함유 상 변화 물질 및 그 제조 방법{PHASE CHANGE MATERIAL WITH INHIBITOR AND A METHOD OF MAKING THE SAME}
도 1은 테트라보레이트 저해제를 함유하는 본 발명의 몇몇 상 변화 물질 실시예에 대하여 수행된 테스트의 결과를 도시한 그래프.
도 2는 테트라보레이트 및 수산화 바륨 저해제를 함유하는 본 발명의 몇몇 상 변화 물질 실시예에 대하여 수행된 테스트의 결과를 도시한 그래프.
도 3은 테트라보레이트 및 수산화 리튬 저해제를 함유하는 본 발명의 몇몇 상 변화 물질 실시예에 대하여 수행된 테스트의 결과를 도시한 그래프.
도 4는 테트라보레이트 및 인산 칼륨 저해제를 함유하는 본 발명의 몇몇 상 변화 물질 실시예에 대하여 수행된 테스트의 결과를 도시한 그래프.
도 5는 테트라보레이트 및 실리케이트 또는 규산 저해제를 함유하는 본 발명의 몇몇 상 변화 물질 실시예에 대하여 수행된 테스트의 결과를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 상 변화 물질을 사용하는 잠열 배터리의 사시도.
본 발명은 상 변화 물질 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 산성 제제 에 대한 저해제(inhibitor)를 함유하는 상 변화 물질 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
바람직하기로는 내연 기관을 가지는 차량에서 엔진 가동 중 생성되는 열 에너지를 저장하였다가 후속 시동에 사용하는 메커니즘을 장착하는 것이 좋다. 예를 들면, 저장된 열 에너지는 자동차 객실의 공기 온도를 높이는 열 에너지의 공급 시기와 요구 시기 사이의 통상적인 시차를 감소시키거나 제거하는데 사용될 수 있다. 또한, 이러한 열 에너지는 엔진을 예비 가열하는데 사용되어 유독한 배출물의 생성을 감소시킬 수 있다.
열 에너지 저장에 사용되는 이러한 메커니즘 중 하나가 잠열 배터리(latent heat battery)이다. 잠열 배터리는 상호간에 열 교환되는 제1 및 제2 챔버를 포함한다. 상 변화 물질이라 공지된 물질은 제2 챔버 내에 배치되는 반면, 냉각제는 자동차 냉각제 시스템으로부터 제1 챔버를 통과한다. 엔진이 가동되는 동안, 열 에너지는 제1 챔버 내의 냉각제로부터 제2 챔버 내의 상 변화 물질로 전달되어 제1 상에서 제2 상으로, 일반적으로는 고체상에서 액상으로 상 변화 물질을 변환시킨다. 경우에 따라, 상 변화 물질이 액상에서 고체상으로 변환되면 열 에너지가 상 변화 물질로부터 냉각제로 전달된다.
잠열 배터리에 사용되는 일반적인 상 변화 물질 중 하나가 질산 리튬(LiNO3) 및 질산 마그네슘 육수화물(Mg(NO3)2 *6H2O)의 혼합물이다. 하기 반응식과 같이 질산 마그네슘을 가수분해하면 질산이 형성된다:
Figure 112000006852713-pat00001
이렇게 형성된 산은 통상, 알루미늄으로 만들어지는 상 변화 물질의 챔버 벽을 부식시킬 수 있다.
알루미늄은 이 같은 벽의 표면상에 산화 알루미늄(Al2O3) 보호막, 즉 패시베이션 필름(passivation film)을 쉽게 형성하기는 하지만 수용액(즉, 상 변화 물질)에 노출되기 때문에 패시베이션 필름을 유지하는 열역학적 조건은 pH에 좌우된다. 수용액에 노출된 알루미늄의 패시베이션(passivation)은 pH 4 이하에서 발생하는 반면, 상 변화 물질은 pH 5 내지 8 사이에서 이상적으로 완충된다.
현재는 저해제로서 인산 리튬(Li3PO4)이 통상의 리튬:질산 마그네슘 육수화물 상 변화 물질에 사용되고 있다. 인산 리튬은 질산 마그네슘과 반응하여 수산화 마그네슘을 형성하며, 이는 질산 형성 및 방출(evolution)을 억제할 수 있다. 그러나, 이러한 반응은 상대적으로 큰 덩어리(clump)를 형성하는 수산화 마그네슘의 침전과 동시에 이루어진다. 이렇게 형성되는 덩어리의 크기는 상 변화 물질에 의하여 형성되는 산과 반응할 수 있는 표면적을 제한하며, 이는 수산화 마그네슘의 유효성(effectiveness)을 제한한다. 또한, 상 변화 물질에 대한 수산화 마그네슘의 불용성 및 수산화 마그네슘과 상 변화 물질의 상대적인 밀도로 인하여 이들 덩어리가 챔버 바닥으로 빠르게 가라앉게 되어 수산화 마그네슘이 상대적으로 불활성화되므로 수산화물로부터 얻어질 수 있는 완충 효과가 더욱 감소된다.
본 발명은 금속 질산염 및 물 조성물을 공급하는 단계 및 테트라보레이트(tetraborate)를 첨가하는 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 금속 질산염 및 물 조성물을 공급하는 단계 및 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함하는 상 변화 물질의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계 및 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질에 관한 것이다.
ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계는 질산 리튬 및 수화 질산 마그네슘 조성물을 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상 변환(phase transformation) 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 거의 같아지도록 하기에 충분한 유효량의 수성물질(aqueous material)을 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계는 질산 리튬, 수화 질산 마그네슘, 및 상 변환 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 거의 같아지도록 하기에 충분한 유효량의 수성물질을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
테트라보레이트 첨가 단계는 소듐 테트라보레이트 십수화물 같은 형태의 소듐 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 실제에 있어서, ⅠA족 금 속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계는 질산 리튬 및 수화 질산 마그네슘 조성물을 공급하는 단계를 포함할 수 있으며, 테트라보레이트 첨가 단계는 수화 테트라보레이트에 의하여 상 변화 물질에 첨가되는 물이 상 변환 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 거의 같아지도록 하기에 충분한 유효량의 수화 테트라보레이트(예를 들면, 소듐 테트라보레이트 십수화물)을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 또는 인산 칼륨과 같은 강염기를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 과망간산염(예를 들면, 과망간산 칼륨) 또는 몰리브덴산염(molybdate salt)과 같은 산화제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있으며, 실리케이트(예를 들면, 메타실리케이트) 또는 규산과 같은 저해제를 첨가하는 단계를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 상 변화 물질 제조 방법은 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계 및 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함한다.
ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물 조성물을 공급하는 단계는 질산 리튬 및 질산 마그네슘 육수화물 조성물을 공급하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 테트라보레이트 첨가 단계는 소듐 테트라보레이트 십수화물 형태와 같은 소듐 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 및 인산 칼륨 으로 이루어지는 군에서 선택되는 강염기를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 방법은 과망간산염 및 몰리브덴산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 실리케이트 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 열 배터리는 작동 유체가 통과할 수 있는 통로, 상기 통로와 열 교환이 이루어지는 컨테이너, 및 상기 컨테이너 내에 배치되며 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 물, 및 테트라보레이트으로부터 형성되는 상 변화 물질을 포함한다.
상기 상 변화 물질은 질산 리튬, 질산 마그네슘 육수화물, 및 소듐 테트라보레이트으로부터 형성될 수 있다. 또한, 상 변화 물질은 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 및 인산 칼륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 강염기를 추가로 포함할 수 있으며, 규산염 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 상 변화 물질은 과망간산염 및 몰리브덴산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 상 변화 물질은 금속 질산염 및 물 조성물에 테트라보레이트(B4O7) 저해제를 첨가하여 제조할 수 있다. 상기 상 변화 물질은 예를 들어 소듐 테트라보레이트(Na2B4O7)와 같은 형태의 테트라보레이트 저해제를 첨가하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 상 변화 물질은 소듐 테트라보레이트 십수화물(Na2B4O7*10H2O)과 같은 수화 테트라보레이트 형태의 테트라보레이트 저해제를 첨가하여 제조할 수 도 있다. 이런 경우, 소듐 테트라보레이트는 상 변화 물질 제조에 사용되는 전체 물질의 대략 0.3 중량%를 차지하는 것이 바람직하다.
한 실시예에서 본 발명의 상 변화 물질은 ⅠA족 금속 질산염(예를 들면, 질산 나트륨) 및 ⅡA족 금속 질산염, 바람직하게는 ⅡA족 금속 질산염의 수화물(예를 들면, 질산 마그네슘 육수화물) 조성물에 소듐 테트라보레이트를 첨가하여 제조될 수 있다. 상 변환 중에 발생하는 상 변화 물질의 밀도 변화를 충분히 감소시키기 위해, 필요에 따라, 부가의 물이 상기 조성물에 존재하거나 또는 상기 상 변화 물질에 첨가될 수 있다. 즉, ⅠA족 금속 질산염 및 ⅡA족 금속 질산염 조성물에 수성물질을 첨가하면 용융점에서의 고체상 및 액상의 밀도가 거의 같게 만들 수 있다. 예를 들면, 질산 리튬 및 질산 마그네슘 육수화물의 중량비가 85.3:14.7인 경우는 상 변화 물질의 적어도 39 중량% 가량이 물이라야 상 변화 물질의 밀도를 안정화할 있다. 상 변환 시, 이러한 상 변화 물질의 액상 및 고체상에서의 밀도는 대략 1.57 g/㎖이다. 밀도 안정화 상 변화 물질 제제 및 제법에 관한 추가적인 정보는 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제09/088,631호를 참조할 수 있다.
다른 실시예에서 상 변화 물질은 질산 리튬 및 질산 마그네슘 육수화물 조성물에 소듐 테트라보레이트 십수화물을 첨가하여 제조될 수 있다. 이러한 상 변화 물질에서, 소듐 테트라보레이트 수화물은 상 변환 중의 밀도 변화를 충분하게 감소시키는데 필요한 수성물질을 공급할 수 있으며, 이러한 소듐 테트라보레이트 수화물에 의한 부가의 수성물질은 상 변화 물질의 밀도 안정화에 필요하다.
본 발명에 따르면 다른 상 변화 물질은 금속 질산염, 물, 및 테트라보레이트 저해제에 하나 이상의 부가적인 저해제를 첨가하여 제조될 수 있다. 이러한 부가 저해제를 첨가하면 상 변화 물질의 pH를 추가로 완충하거나 확산 장벽 형성하거나 알루미늄을 산화시킬 수 있다. 몇몇 특정한 부가 저해제를 하기에 기재하였으나, 이는 본 발명을 개략적으로 설명하기 위한 것이며 부가 제해제가 이들로 제한되는 것은 아니다.
부가 저해제는 상 변화 물질에 대한 완충 작용을 조력하는 염기 또는 염기 혼합물, 보다 바람직하게는 강염기 또는 강염기의 혼합물일 수 있다. 강염기는 0.01 M 농도(strength) 25℃의 물에 용해되는 경우에 정상적으로 10 이상의 pH를 나타내는 물질이다. 본 발명의 상 변화 물질에 사용될 수 있는 강염기의 예로는 수산화 리튬(LiOH), 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 바륨(Ba(OH)2), 및 인산 칼륨(K3PO4)이 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 가장 바람직한 강염기는 분자량이 작고 비교적 적은 양을 첨가하여도 큰 당량을 얻을 수 있는 수산화 리튬이다. 또한, 리튬은 상 변화 물질 형성에 사용되는 수화 질산 마그네슘:질산 리튬 조성물에 존재하는 것과 동일한 양이온이다.
또한, 부가 저해제는 오르토실리케이트(orthosilicate; SiO4)나 메타실리케이트(SiO3)와 같은 실리케이트 또는 규산(H2SiO3)일 수 있다. 실리케이트는 강염기이며, 상기에 기재된 바와 같이 강염기는 상 변화 물질을 완충하는 테트라보레이트 저해제와 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 상 변화 물질에 실 리케이트를 첨가할 필요는 없으며, 그 대신에 규산을 첨가하여 이를 실리케이트로 가수분해시킬 수 있다. 따라서, 염기, 실리케이트 또는 산, 규산 중 하나를 부가 저해제로서 상 변화 물질에 주입할 수 있다.
또한, 부가 저해제는 산화제일 수 있다. 산화제는 산소를 공급하여 상 변화 물질 챔버의 알루미늄 벽 상의 산화 알루미늄(Al2O3)을 수복시킨다. 몰리브덴산염(MoO4 -2) 및 과망간산염(MnO4 -)과 같은 산화제가 바람직하게는 나트륨, 칼륨, 또는 마그네슘염 형태의 금속 질산염, 물, 및 테트라보레이트 저해제에 첨가될 수 있다. 이러한 수용성 염으로 특히 적합한 것은 과망간산 칼륨이다.
테트라보레이트 저해제의 사용은 두 가지 측면에서 바람직하다. 첫째, 테트라보레이트 저해제는 알루미늄이 패시베이션을 유지하는 pH 5 내지 6 이내에서 상 변화 물질의 pH를 약 5로 완충한다. 둘째, 테트라보레이트 저해제는 부가의 염기 저해제를 안정화하여 염기 저해제가 상 변화 물질용 완충제로서 효과적일 수 있는 기간을 연장시키는 것으로 여겨진다.
특히, 테트라보레이트 저해제는 2 단계 과정으로 염기 저해제를 안정화하는 것으로 생각된다. 먼저, 테트라보레이트가 첨가되면 테트라보레이트와 붕산 사이에서 하기와 같은 평형 반응이 이루어진다:
Figure 112000006852713-pat00002
이어서, 붕산이 염기에 의하여 형성되는 수산화 마그네슘을 용해시켜 붕산과 수산화 마그네슘 사이에서 평형 반응을 일으킨다. 이러한 반응은 대부분의 수산화 마그네슘 및 염기를 용액 내에 녹아 있도록 한다.
또한, 상기에 기재된 저해제에 의하여 상 변화 물질 내에 침전되는 수산화 마그네슘은 인산 리튬이 첨가되는 경우에 침전되는 것보다 입자 크기가 대체로 작으며, 이는 완충 효과를 상당히 개선시킨다. 특히, 수산화 마그네슘은 입자 크기가 작을수록 보다 오랜 시간 동안 상 변화 물질 중에 부유하는 경향이 있으며 표면적이 큰 것이 질산과의 반응에 유용하다.
본 발명에 따르는 상 변화 물질의 제조 방법은 다음과 같다: 질산 리튬 및 질산 마그네슘 육수화물 조성물을 용융 상태로 가열한다. 소듐 테트라보레이트 십수화물을 미세 분말 형태로 상기의 용융 염에 첨가하고 얻어진 혼합물을 등속 교반한다. 테트라보레이트를 용해시킨 후, 상 변환 중에 얻어진 상 변화 물질의 밀도 변화를 실질적으로 감소시키기에 충분한 양의 물과 함께(수화 소듐 테트라보레이트 첨가를 통하여 충분한 양의 물이 첨가되지 않은 경우) 염기, 산, 및/또는 산화제를 첨가한다. 염기에 의하여 형성되는 수산화 마그네슘 반응 생성물의 입자 크기는 염기(또는 이것의 짝산)의 혼합비 및 농도를 변화시켜 조절할 수 있다. 또한, 용융 질산 리튬:수화 질산 마그네슘 조성물, 소듐 테트라보레이트, 염기, 산 및/또는 산화제 및 물을 등속 교반하여 동시에 혼합할 수도 있다.
비교 실험
상기에 기재된 방법을 사용하여 본 발명에 따르는 5 그룹의 상 변화 물질을 제조하였다. 모든 상 변화 물질은 다음과 같은 물질을 혼합하여 제조하였다:
a) 약 83.7:16.3 중량%의 조성비를 가지는 질산 마그네슘 육수화물 및 질산 리튬 조성물;
b) 테트라보레이트 저해제; 및
c) 상 변화 물질의 밀도를 안정화기에 충분한 함량의 물.
제1 그룹, 제3 그룹, 및 제4 그룹의 상 변화 물질은 테트라보레이트, 강염기, 및 산화제 저해제를 사용하여 제조하고 제5 그룹의 상 변화 물질은 테트라보레이트 및 규산 저해제를 사용하여 제조한 반면, 제1 그룹의 상 변화 물질은 테트라보레이트만을 사용하여 제조하였다. 각 그룹의 상 변화 물질의 성분 농도를 변화시켰다.
제1 그룹
테트라보레이트
0.05% Na2B4O7
0.135% Na2B4O7
제2 그룹
테트라보레이트 및 강염기 -- Ba(OH)2
0.3% Na2B4O7 + 0.1% Ba(OH)2
0.2% Na2B4O7 + 0.07% Ba(OH)2 + 0.07% KMnO4
0.15% Na2B4O7 + 0.05% Ba(OH)2 + Na2MoO4 + 0.05% KMnO4
제3 그룹
테트라보레이트 및 강염기 -- LiOH
0.3% Na2B4O7 + 0.1% LiOH
0.3% Na2B4O7 + 0.06% LiOH
제4 그룹
테트라보레이트 및 강염기 -- K3PO4
0.2% Na2B4O7 + 0.15% K3PO4 + 0.1% Na2MoO 4
0.2% Na2B4O7 + 0.1% K3PO4 + 0.07% Na2MoO 4
0.2% Na2B4O7 + 0.2% K3PO4
제5 그룹
테트라보레이트 및 실리케이트/규산
0.2% Na2B4O7 + 0.1% NaSiO3
0.3% Na2B4O7 + 0.1% H2SiO3
대략 10 g의 알루미늄 시료와 함께 본 발명의 상 변화 물질 30 ㎖을 40 ㎖의 알루미늄 캐니스터(canister)에 배치하여 테스트 케니스터를 준비한 다음, 캐니스터를 밀봉하였다. 또한, 대략 10 g의 알루미늄 시료와 함께 대략 30 ㎖의 질산 마그네슘 육수화물:질산 리튬 염 및 인산 리튬 저해제 혼합물을 40 ㎖ 알루미늄 캐니스터에 배치하여 대조 캐니스터를 제조하여 밀봉하였다. 주기적으로 캐니스터의 내부 압력을 측정하였다.
제1 내지 제5 그룹에 대한 테스트 결과를 도 1 내지 5에 개략적으로 도시하였다. 각 그룹에서 본 발명의 상 변화 물질로 채워진 캐니스터는 염 및 인산 리튬 저해제 혼합물로 채워진 캐니스터보다 압력이 낮게 나타났다. 보다 주목할 만한 점은 염 및 인산 리튬 저해제 혼합물보다 본 발명의 상 변화 물질로 채워진 캐니스터에서 시간에 따른 압력 증가가 보다 점진적으로 나타났다.
적용예
본 발명의 상 변화 물질의 바람직한 용도는 잠열 배터리용 열 에너지 저장 매질(medium)이다.
상기 열 배터리(10)는 내부 콘테이너(14) 및 외부 콘테이너(16)를 가지는 중앙 하우징(12)을 포함한다. 여기서, 상기 내부 콘테이너(14)는 단열 물질(insulation material)이 채워지거나 진공 처리된 제1 또는 단열 공간(18)을 가지는 외부 콘테이너(16) 내에 배치된다. 내부 콘테이너(14) 내에는 다수의 튜브(20)가 배열되며, 밀도 안정화 상 변화 물질이 채워진 상기 튜브(20) 사이는 제2 공간(22)으로 한정된다. 또한, 열 배터리(10)는 다수의 튜브(20) 사이로 확장되는 다수의 핀(도시되어 있지 않음)을 포함할 수 있다.
단부 플레이트로 중앙 하우징(12)의 단부(24, 26)를 밀봉한다. 도 6에는 좌측 단부 플레이트(28)가 도시되어 있다. 또한, 단부 플레이트는 커버 또는 탱크(32, 34)와 조립되어 다수의 튜브(20)와 유체 교류되는 중앙 하우징(12)의 양 단부에 해더 및 탱크 구조물(36, 38)을 형성한다.
특히, 커버(32)는 해더 및 탱크 구조물(36)의 내부 공간과 유체가 교류되는 커버에 연결된 입구(40) 및 출구(42)를 가진다. 커버(32, 34)는 배플 플레이트(44, 46)를 가진다. T형 배플 플레이트(44)(도면에는 한 장으로 도시되어 있으나, 두 장으로 조립될 수 있음)는 해더 및 탱크 구조물(36)을 3개의 챔버로 나누며 출구(42)와 입구(40)를 분리시킨다. 배플 플레이트(46)는 해더 및 탱크 구조물(38)을 2개의 챔버로 나눈다. 따라서, 배플 플레이트(44, 46)는 해더 및 탱크 구조물(36, 38) 및 튜브(20)를 통과하는 유체가 중앙 하우징(12)을 통하는 꾸불꾸불한 경로를 통과하도록 한다.
작동 시, 엔진 냉각제와 같은 작동 유체가 입구(40)를 통해 해더 및 탱크 구조물(36)로 유입되어 중앙 하우징(12)에 배치된 적어도 하나의 튜브(20)로 유입된다. 작동 유체는 튜브(20)를 통과해 해더 및 탱크 구조물(38)로 유입된 후, 그 곳에서 다른 튜브(20)로 유입되어 해더 및 탱크 구조물(36)로 돌아온다. 이어서, 작동 유체는 또 다른 튜브(20)를 통과해 해더 및 탱크 구조물(38)로 유입되고 또 다른 튜브(20)를 통과하여 해더 및 탱크 구조물(36)로 유입된다. 작동 유체는 출구(42)를 통해 해더 및 탱크 구조물(36)을 빠져 나온다.
작동 유체가 중앙 하우징(12)을 통과하면 튜브(20) 벽을 통하여 작동 유체와 제2 공간(22) 내에 함유된 상 변화 물질 사이에서 열 교환이 이루어진다. 특히, 작동 유체의 온도가 상 변화 물질의 온도보다 높은 경우에는 에너지가 상 변화 물질로 전달되어 고체상을 가열하여 상 변화 물질을 고체상에서 액상으로 변환시키거나, 액상을 추가 가열하여 배터리 내의 에너지를 더욱 증가시킨다. 작동 유체의 온도가 상 변화 물질의 온도보다 낮은 경우에는 에너지가 상 변화 물질로부터 작동 유체로 전달되어 유체를 가열하여 상 변화 물질의 액상을 냉각하거나, 상 변화 물질을 액상에서 고체상으로 변환시키거나, 고체상을 추가 냉각하여 배터리로부터 에너지를 방출시킨다.
변형 구조로서, 상 변화 물질을 내부 컨테이너(14) 내의 밀봉 컨테이너에 배치하여 냉각제를 내부 컨테이너(14)를 따라 이동하거나 밀봉 컨테이너 주변으로 이동하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징, 목적, 적용 방법, 및 장점은 본 명세서, 도면, 및 첨부된 청구항을 통해 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 함유되는 용기 벽에 대한 효과적인 보호막 및 패시베이션 필름을 유지하며 상 변환 시의 밀도 변화를 감소시키는 개선된 저해제 함유 상 변화 물질 및 그 제조 방법을 제공한다.

Claims (29)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 상 변화 물질에 있어서,
    a) ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계; 및
    b) 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계
    를 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제 공하는 단계가 질산 리튬 및 질산 마그네슘을 포함하는 조성물을 제공하는 단계인 상 변화 물질.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상 변화 물질이 상 변환 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 실질적으로 같아지도록 하는 수성물질을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계가 질산 리튬, 수화 질산 마그네슘, 및 상 변환 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 실질적으로 같아지도록 하는 수성물질을 포함하는 조성물을 제공하는 단계인 상 변화 물질.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계가 소듐 테트라보레이트를 첨가하는 단계인 상 변화 물질.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계가 수화 소듐 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계를 포함하는 상 변화 물질.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수화 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계가 소듐 테트라보레이트 십수화물을 첨가하는 단계인 상 변화 물질.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계는 질산 리튬 및 수화 질산 마그네슘을 포함하는 조성물을 제공하는 단계를 포함하고 상기 수화 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계는 상 변환 중 상기 상 변화 물질의 액상 및 고체상의 밀도가 실질적으로 같아지도록 하는 물을 제공하는 유효량의 수화 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 방법이 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 및 인산 칼륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 염기를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 방법이 과망간산염 및 몰리브덴산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 산화제를 첨가하는 단계가 과망간산 칼륨을 첨가하는 단계인 상 변화 물질.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 방법이 실리케이트 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법을 사용하여 제조되는 상 변화 물질.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 저해제를 첨가하는 단계가 메타실리케이트 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 첨가하는 단계인 상 변화 물질.
  18. 상 변화 물질을 제조하는 방법에 있어서,
    a) ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계; 및
    b) 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계
    를 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 및 물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계가 질산 리튬 및 질산 마그네슘 육수화물을 포함하는 조성물을 제공하는 단계를 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계가 소듐 테트라보레이트를 첨가하는 단계를 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 테트라보레이트 염을 첨가하는 단계가 소듐 테트라보레이트 십수화물을 첨가하는 단계를 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 방법이 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 및 인산 칼륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 강염기를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 방법이 과망간산염 및 몰리브덴산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 방법이 실리케이트 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 상 변화 물질 제조 방법.
  25. 열 배터리에 있어서,
    a) 작동 유체가 통과할 수 있는 통로;
    b) 상기 통로와 열 교환이 이루어지는 컨테이너; 및
    c) 상기 컨테이너 내에 위치하며 ⅠA족 금속 질산염, ⅡA족 금속 질산염, 물, 및 테트라보레이트 염으로부터 형성되는 상 변화 물질
    을 포함하는 열 배터리.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 상 변화 물질이 질산 리튬, 질산 마그네슘 육수화물, 및 소듐 테트라보레이트로부터 형성되는 열 배터리.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 상 변화 물질이 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 바륨, 및 인산 칼륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 강염기를 추가로 포함하는 열 배터리.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 상 변화 물질이 실리케이트 및 규산으로 이루어지는 군에서 선택되는 저해제를 추가로 포함하는 열 배터리.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 상 변화 물질이 과망간산염 및 몰리브덴산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화제를 추가로 포함하는 열 배터리.
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