KR101649999B1 - 6성분계를 포함하는 열저장 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융염의 녹는 온도를 낮추기 위하여, NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-KCl-LiNO3 또는 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-CaCl2-LiNO3의 6성분계를 포함하는 열저장물질에 관한 것이다.

Description

6성분계를 포함하는 열저장 물질{HEAT STORAGE MATERIALS COMPRISING SIX COMPONENT SYSTEM}
본 발명은 태양열 발전 (CSP, Concentrating Solar Power) 설비가 해가 진 후 혹은 구름이 낀 날씨에도 발전을 계속할 수 있도록 낮 시간 동안 얻은 열을 저장하는 소재에 관한 것이다. 본 발명의 열저장 물질은 낮은 용융온도와 어는 온도를 가짐으로써 전체 시스템이 열을 흡수하지 못하는 상황에서도 액체상태의 열저장재가 열저장 장치와 열 흡수 설비 사이에서 얼지 않도록 하기 위한 것이다.
석탄, 석유 등 화석연료는 사용하기 편리하지만 사용 후 이산화탄소와 같은 온실가스를 배출할 뿐 아니라 매장량이 유한해서 미래의 에너지자원으로 사용하기에 한계가 있다. 반면에 태양에너지는 화석연료에 비하여 사용할 수 있는 기간이 매우 길며, 온실가스나 소음과 같은 환경저해 요인이 없어 미래형 에너지원으로 각광을 받고 있다.
태양에너지 중 태양전지로 대표되는 태양광 이용 기술은 그 역사가 길고 기술도 성숙되어 있기는 하지만 사막과 같이 고온 환경인 지역에서는 효율이 급격하게 떨어져 적합하지 않다. 태양열발전은 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 많은 거울을 사용하여 태양빛을 한 곳으로 모아 얻는 고온으로 과열증기를 만들고 이 증기를 이용하여 발전을 하는 방식이다.
태양열발전은 태양빛을 모으는 과정에서 어떠한 종류의 오염도 일어나지 않고 얻어진 고온을 이용하여 제조한 과열증기는 이미 성숙된 기술인 증기기관 등을 이용하여 발전된다. 다만 태양이 떠 있는 낮에는 고온을 얻을 수 있어서 과열증기를 생산할 수 있으나, 해가 지고 난 후에는 고온을 얻을 수 없어서 하루에 8시간 정도만 발전할 수 있다는 단점이 있다.
태양빛을 모아 고온을 얻을 때 열의 일부를 열저장재에 저장하면 태양이 없어도 열저장재와 열교환하여 과열증기를 만들고 발전을 계속할 수 있다. 전통적인 열저장재는 질산나트륨과 질산칼륨을 혼합한 염으로 무게비로 60:40인 조성을 사용하면 220℃에서 액상이 되고 550℃까지 안정적으로 사용할 수 있다.
질산염 화합물로 구성된 용융염은 220℃ 이하에서는 고상이 되므로 태양열 발전장치와 열저장장치 사이를 순환하는 열전달 유체로 사용할 수 없다. 열전달유체로는 일반적으로 유기합성유를 사용하는데 열저장 유체와 열전달유체 사이에 열교환기가 추가로 필요하고 유기합성유가 400℃까지 안정하므로 400℃ 이상 열저장을 할 수 없는 단점이 있다.
용융염의 녹는 온도를 낮추기 위하여 기존에 사용되고 있던 NaNO3-KNO3의 2성분계 이외에 NaNO3-NaNO2-KNO3의 3성분계를 이용한 HITEC이 상품명으로 판매되고 있으나 어는 온도가 142℃로 여전히 높다. 용융염 열저장재의 어는 온도를 크게 낮추어 밤과 같이 태양으로부터 열을 얻지 못하는 동안에도 배관 안에서 열저장재가 얼지 않고 액상을 유지할 수 있다면 비싼 유기합성유를 사용하지 않고 저렴한 비용으로 열저장을 실시할 수 있다.
일반적으로 유사한 결정구조를 가지는 물질은 서로 혼합할 경우 녹는 온도 및 어는 온도가 낮아진다. 어떤 조성에서의 녹는 온도는 상평형도를 보면 알 수 있는데, 질산염 및 아질산염으로 구성된 조성은 NaNO3-KNO3, NaNO3-LiNO3, KNO3-LiNO3과 같은 2성분계와 NaNO3-KNO3-LiNO3, NaNO3-NaNO2-KNO3와 같은 3성분계일 수 있으며, 이들의 상평형도는 많이 제시되어 있지만, 4성분계 이상의 상평형도는 찾아보기 어려워서 많은 실험을 통해서 확인하여야 한다.
미국특허 제7588694호에서는 NaNO3-KNO3-LiNO3-Ca(NO3)2의 4성분계를 제조하여 녹는 온도를 100℃ 이하로 만들었다. 또한, 다른 선행기술로는 LiNO3-NaNO3-KNO3-NaNO2-KNO2의 5성분계를 사용하여 녹는 온도가 80℃인 용융염과 LiNO3-KNO3-NaNO2-KNO2의 4성분계를 사용하여 녹는 온도가 70℃인 용융염을 만들었다. 또한, LiNO3-NaNO3-KNO3-NaNO2-KNO2의 5성분계를 사용하여 녹는 온도가 70℃인 용융염도 연구되었다. 그러나, NaNO2, KNO2와 Ca(NO3)2를 동시에 첨가한 6성분계는 연구되지 않았으며, 더욱 낮은 녹는 온도가 여전히 요구되고 있다.
또한, 열저장재로 사용하기 위해서는 큰 열용량이 필요하므로 열저장재의 열용량을 증가시킬 필요가 있다.
미국 등록특허 제7588694호
용융염의 녹는 온도를 낮추기 위하여 6성분계를 포함하는 열저장 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열용량이 높은 열저장 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 6성분계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 6성분계는 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-KCl-LiNO3 이거나 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-CaCl2-LiNO3인 것인 열저장 물질을 제공한다.
일 구현예는 15 내지 25 중량%의 NaNO3, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것일 수 있다.
다른 일 구현예는 17 내지 30 중량%의 KNO3, 0.8 내지 5 중량% NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 13 내지 27 중량%의 NaNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 15 내지 30 중량%의 KNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 15 내지 25 중량%의 NaNO3, 17 내지 30중량%의 KNO3, 27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 13 내지 27 중량%의 NaNO3, 15 내지 30 중량%의 KNO3, 28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 열저장 물질을 구비하는 태양열 저장 장치를 제공한다.
본 발명의 6성분계를 포함하는 열저장 물질은 가격이 비싼 KNO2를 사용하지 않으면서도 어는 온도가 낮은 것이 특징이며, 이에 따라 단순히 열저장재로서 뿐만 아니라, 열전달 유체로도 사용될 수 있으며, 열저장 효율을 크게 높일 수 있는 것이 특징이다 (원료의 가격은 NaCl < NaNO2 < NaNO3 < CaCl2·6H2O < Ca(NO3)2·4H2O < KNO3 < KCl < LiNO3 < KNO2 의 순서로 비싸다).
도 1은 실시예 1에서 제조한 시료명 (6-1-3)의 DSC (Differential Scanning Calorimeter) 측정 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 6성분계를 포함하는 열저장 물질 및 상기 열저장 물질을 구비하는 태양열 저장 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 6성분계를 포함하는 열저장 물질을 제공한다. 본 발명에서와 같이 6성분계 조성은 종래 2 내지 5성분계 조성에 비해 용융점 열저장재의 녹는 온도를 더욱 낮출 수 있는 장점이 있다.
용융염의 어는 온도가 낮아지면 용융염 조성물은 단순히 열저장재로서만 사용할 수 있는 것이 아니라, 연전달유체로도 사용할 수 있어서 유기합성유를 열전달유체로 사용할 때 필요한 열교환기를 사용하지 않아도 된다. 또한, 열전달유체로 사용할 무기질 용융염의 사용온도가 550℃에 이르기 때문에 열저장효율을 크게 높일 수 있다.
따라서, 본 발명의 6성분계 조성을 포함하는 열저장 물질은 녹는 온도가 낮아서 밤과 같이 태양으로부터 열을 얻지 못하는 동안에도 열저장재가 얼지 않고 액상을 유지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 6성분계를 포함하는 열저장 물질에 있어서, 6성분계는 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-KCl-LiNO3 이거나 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-CaCl2-LiNO3일 수 있다. 수천 톤을 사용해야 하는 CSP용 열저장재로 사용하기 위해서는 열저장재의 값이 비싸지 않아야 하는데, 본 발명의 열저장 물질은 비싼 NaNO2 및 KNO2를 포함하지 않기 때문에 경제적인 장점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 NaNO2 및 KNO2를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 6성분계를 포함하는 열저장 물질은 바람직하게,
15 내지 25 중량%의 NaNO3, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3;
17 내지 30 중량%의 KNO3, 0.8 내지 5 중량% NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3; 또는
27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함할 수 있다.
더 바람직하게는, 15 내지 25 중량%의 NaNO3, 17 내지 30 중량%의 KNO3, 27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함할 수 있다. 상기 조성의 함량 내에서는 용융점이 더 낮은 것이 특징이다.
또한, 상기 6성분계를 포함하는 열저장 물질은 바람직하게,
13 내지 27 중량%의 NaNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3;
15 내지 30 중량%의 KNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3; 또는
28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함할 수 있다.
더 바람직하게는, 13 내지 27 중량%의 NaNO3, 15 내지 30 중량%의 KNO3, 28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함할 수 있다. 상기 조성의 함량 내에서는 용융점이 더 낮은 것이 특징이다.
또한, 본 발명은 상기 열저장 물질을 구비하는 태양열 저장 장치를 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
[ 실시예 ] 6성분계 조성물의 제조
6성분계를 제조하기 위한 시약은 NaNO3 (Kanto, 99.9%), KNO3 (Kanto, 99.0%), NaCl (Samchun, 99.0%), KCl (Kanto, 99.0%), CaCl2 (Junsei, 95%), LiNO3 (Kanto GR), Ca(NO3)2·4H2O (Aldrich, 99%)를 사용하였으며, Ca(NO3)2·4H2O는 500℃에서 4시간 가열하여 Ca(NO3)2로 만든 후 사용하였다.
실시예 1
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl KCl (LiNO3)2
6-1-1 22.80 25.20 44.30 1.20 1.50 5.00
6-1-2 21.60 23.85 41.94 1.17 1.44 10.00
6-1-3 20.40 22.53 39.61 1.10 1.36 15.00
6-1-4 19.20 21.20 37.28 1.04 1.28 20.00
6-1-5 18.00 19.87 34.95 0.98 1.20 25.00
6-1-6 16.80 18.55 32.62 0.91 1.12 30.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-1-1 105.7 없음 없음 119.5 없음 없음
6-1-2 95.6 없음 없음 104.9 없음 없음
6-1-3 93.9 없음 없음 112.2 없음 없음
6-1-4 102.2 없음 없음 129.8 없음 없음
6-1-5 103.8 없음 없음 152.8 113.4 없음
6-1-6 102.5 없음 없음 152.8 없음 없음
(단위: ℃)
표 1에 나타난 바와 같이, (6-1-1) 내지 (6-1-6)와 같은 조성으로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였다. 각 조성의 녹는 온도 및 어는 온도를 표 2로 나타내었으며, 녹는 온도 및 어는 온도가 여러 개 나타나는 것은 그 온도들을 모두 표시하였다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 20.40 중량%, KNO3가 22.53 중량%, Ca(NO3)2가 39.61 중량%, NaCl이 1.10 중량%, KCl이 1.36 중량%, LiNO3가 15.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 93.9℃에서 녹고 다소 높은 112.2℃에서 어는 것으로 나타났다. 한편 NaNO3가 21.60 중량%, KNO3가 23.85 중량%, Ca(NO3)2가 41.94 중량%, NaCl이 1.17 중량%, KCl이 1.36 중량%, LiNO3가 10.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 104.9℃에서 얼고 다소 높은 95.6℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 2
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl KCl (LiNO3)2
6-1-7 24.70 27.07 40.47 1.24 1.52 5.00
6-1-8 23.40 25.65 38.34 1.17 1.44 10.00
6-1-9 22.10 24.22 36.21 1.11 1.36 15.00
6-1-10 20.80 22.80 34.08 1.04 1.28 20.00
6-1-11 19.50 21.37 31.95 0.98 1.20 25.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-1-7 108.1 없음 없음 없음 139.1 없음 없음
6-1-8 100.8 없음 없음 없음 131.6 없음 없음
6-1-9 110.5 없음 없음 없음 108.3 없음 없음
6-1-10 103.0 없음 없음 없음 123.1 없음 없음
6-1-11 116.2 없음 없음 없음 112.4 없음 없음
(단위: ℃)
표 3에 나타난 바와 같이, (6-1-7) 내지 (6-1-11)과 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고 그 결과를 표 4에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 23.40 중량%, KNO3가 25.65 중량%, Ca(NO3)2가 38.34 중량%, NaCl이 1.17 중량%, KCl이 1.44 중량%, LiNO3가 10.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 100.8℃에서 녹고 다소 높은 온도인 131.6℃에서 어는 것으로 나타났다. 또한, NaNO3가 22.10 중량%, KNO3가 24.22 중량%, Ca(NO3)2가 36.21 중량%, NaCl이 1.11 중량%, KCl이 1.36 중량%, LiNO3가 15.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 108.3℃에서 얼고 다소 높은 온도인 110.5℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 3
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl KCl LiNO3
6-1-22 24.70 27.36 37.33 2.47 3.14 5.00
6-1-23 23.40 25.92 35.37 2.34 2.97 10.00
6-1-24 22.10 24.48 33.40 2.21 2.81 15.00
6-1-25 20.80 23.04 31.44 2.08 2.64 20.00
6-1-26 19.50 21.60 29.47 1.95 2.48 25.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-1-22 133.4 없음 없음 없음 138.5 없음 없음
6-1-23 123.6 없음 없음 없음 130.9 없음 없음
6-1-24 113.2 없음 없음 없음 140.1 없음 없음
6-1-25 116.0 없음 없음 없음 119.6 없음 없음
6-1-26 83.3 없음 없음 없음 122.9 없음 없음
(단위: ℃)
표 5에 나타난 바와 같이, (6-1-22) 내지 (6-1-26)과 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 19.50 중량%, KNO3가 21.60 중량%, Ca(NO3)2가 29.47 중량%, NaCl이 1.95 중량%, KCl이 2.48 중량%, LiNO3가 25.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 83.3℃에서 녹고 다소 높은 온도인 122.9℃에서 어는 것으로 나타났다. 또한, NaNO3가 20.08 중량%, KNO3가 23.04중량%, Ca(NO3)2가 31.44 중량%, NaCl이 2.08 중량%, KCl이 2.64 중량%, LiNO3가 20.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 119.6℃에서 얼고 다소 높은 온도인 116.0℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 4
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl KCl LiNO3
6-1-32 22.80 25.65 38.09 3.71 4.75 5.00
6-1-33 21.60 24.30 36.09 3.51 4.50 10.00
6-1-34 20.40 22.95 34.08 3.32 4.25 15.00
6-1-35 19.20 21.60 32.08 3.12 4.00 20.00
6-1-36 18.00 20.25 30.07 2.93 3.75 25.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-1-32 125.1 없음 없음 없음 109.5 없음 없음
6-1-33 89.3 125.1 없음 없음 122.8 없음 없음
6-1-34 90.3 없음 없음 없음 122.2 없음 없음
6-1-35 97.5 없음 없음 없음 122.5 없음 없음
6-1-36 112.3 137.0 없음 없음 148.8 109.8 없음
(단위: ℃)
표 7에 나타난 바와 같이, (6-1-32) 내지 (6-1-36)과 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 8에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 21.60 중량%, KNO3가 24.30 중량%, Ca(NO3)2가 36.09 중량%, NaCl이 3.51 중량%, KCl이 4.50 중량%, LiNO3가 10.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 89.3℃에서 녹고 다소 높은 온도인 122.8℃에서 어는 것으로 나타났다. 또한, NaNO3가 22.80 중량%, KNO3가 25.65중량%, Ca(NO3)2가 38.09 중량%, NaCl이 3.71 중량%, KCl이 4.75 중량%, LiNO3가 5.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 109.5℃에서 얼고 다소 높은 온도인 125.1℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 5
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl CaCl2 LiNO3
6-2-1 24.70 27.26 39.71 2.00 1.33 5.00
6-2-2 23.40 25.83 37.62 1.89 1.26 10.00
6-2-3 22.10 24.39 35.53 1.79 1.19 15.00
6-2-4 20.80 22.96 33.44 1.68 1.12 20.00
6-2-5 19.50 21.52 31.35 1.58 1.05 25.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-2-1 135.9 없음 없음 없음 141.9 없음 없음
6-2-2 132.6 없음 없음 없음 132.2 없음 없음
6-2-3 97.8 없음 없음 없음 136.5 없음 없음
6-2-4 108.5 없음 없음 없음 107.6 없음 없음
6-2-5 117.9 없음 없음 없음 153.4 124.3 없음
(단위: ℃)
표 9에 나타난 바와 같이, (6-2-1) 내지 (6-2-5)와 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 10에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 22.10 중량%, KNO3가 24.39 중량%, Ca(NO3)2가 35.53 중량%, NaCl이 1.79 중량%, CaCl2가 1.19 중량%, LiNO3가 15.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 97.8℃에서 녹고 다소 높은 온도인 136.5℃에서 어는 것으로 나타났다. 또한, NaNO3가 20.08 중량%, KNO3가 22.96중량%, Ca(NO3)2가 33.44 중량%, NaCl이 1.68 중량%, CaCl2가 1.12 중량%, LiNO3가 20.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 107.6℃에서 얼고 다소 높은 온도인 108.5℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 6
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl CaCl2 LiNO3
6-2-6 22.80 25.36 43.51 2.00 1.33 5.00
6-2-7 21.60 24.03 41.22 1.89 1.26 10.00
6-2-8 20.40 22.69 38.93 1.79 1.19 15.00
6-2-9 19.20 21.36 36.64 1.68 1.12 20.00
6-2-10 18.00 20.02 34.35 1.58 1.05 25.00
6-2-11 16.80 18.69 32.06 1.47 0.98 30.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-2-6 134.7 없음 없음 없음 137.4 없음 없음
6-2-7 134.8 없음 없음 없음 115.7 없음 없음
6-2-8 96.0 없음 없음 없음 109.5 없음 없음
6-2-9 114.9 143.6 없음 없음 123.0 없음 없음
6-2-10 102.2 144.5 없음 없음 154.9 113.7 없음
6-2-11 109.8 154.7 없음 없음 160.9 113.8 없음
(단위: ℃)
표 11에 나타난 바와 같이, (6-2-6) 내지 (6-2-11)와 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 12에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 20.40 중량%, KNO3가 22.69 중량%, Ca(NO3)2가 38.93 중량%, NaCl이 1.79 중량%, CaCl2가 1.19 중량%, LiNO3가 15.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 96.0℃에서 녹고 가장 낮은 온도인 109.5℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 7
시료명 NaNO3 KNO3 Ca(NO3)2 NaCl CaCl2 LiNO3
6-2-17 20.90 26.03 42.08 3.42 2.57 5.00
6-2-18 19.80 24.66 39.89 3.24 2.43 10.00
6-2-19 18.70 23.29 37.65 3.06 2.30 15.00
6-2-20 17.60 21.92 35.44 2.88 2.16 20.00
6-2-21 16.50 20.55 33.22 2.70 2.03 25.00
(단위: 중량%)
시료명 녹는 온도1 녹는 온도2 녹는 온도3 녹는 온도4 어는 온도1 어는 온도2 어는 온도3
6-2-17 130.3 없음 없음 없음 167.6 없음 없음
6-2-18 102.9 148.2 없음 없음 154.4 없음 없음
6-2-19 109.7 없음 없음 없음 161.8 129.1 없음
6-2-20 94.8 129.7 140.9 없음 161.8 123.7 없음
6-2-21 102.4 131.1 144.1 없음 144.9 없음 없음
(단위: ℃)
표 13에 나타난 바와 같이, (6-2-17) 내지 (6-2-21)와 같은 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 300℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 200℃에서 꺼냈다.
응고된 용융염 조성물은 알루미나 유발에서 분쇄한 후 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 사용하여 녹는 온도와 어는 온도를 측정하였고, 그 결과를 표 14에 나타내었다. DSC를 이용하여 측정한 결과는 NaNO3가 17.60 중량%, KNO3가 21.92 중량%, Ca(NO3)2가 35.44 중량%, NaCl이 2.88 중량%, CaCl2가 2.16 중량%, LiNO3가 20.00 중량%일 때 가장 낮은 온도인 94.8℃에서 녹고 가장 낮은 온도인 123.7℃에서 어는 것으로 나타났다.
실시예 8
본 발명에서 고안된 조성의 열용량을 기존에 사용하고 있는 Solar Salt의 열용량과 비교하기 위하여 NaNO3를 60 중량%, KNO3를 40 중량%로 하는 중량비로 원료 분말을 70g 혼합한 후 니켈 도가니에 넣고 400℃로 1시간 가열하여 용융시킨 뒤 300℃에서 꺼냈다.
얻어진 시료를 유발로 분쇄한 후 DSC에 넣고 300℃에서의 열용량을 측정하였다.
시료명 열용량 (MJ/m3K)
Solar Salt 3.05
6-1-2 3.07
6-2-3 3.32
표 15에 나타난 바와 같이, 시료명 6-1-2와 6-2-3의 열용량은 각각 3.07 MJ/m3K와 3.32 MJ/m3K로서 Solar Salt의 열용량인 3.05 MJ/m3K보다 개선되었다.

Claims (10)

  1. 6성분계를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 6성분계는 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-KCl-LiNO3 이거나 NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2-NaCl-CaCl2-LiNO3인 것인, 열저장 물질.
  2. 청구항 1에 있어서,
    15 내지 25 중량%의 NaNO3, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  3. 청구항 1에 있어서,
    17 내지 30 중량%의 KNO3, 0.8 내지 5 중량% NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 열저장 물질.
  4. 청구항 1에 있어서,
    27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2, 0.8 내지 5 중량%의 NaCl, 0.9 내지 3.9 중량%의 KCl, 5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것을 특징으로 하는 열저장 물질.
  5. 청구항 1에 있어서,
    13 내지 27 중량%의 NaNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  6. 청구항 1에 있어서,
    15 내지 30 중량%의 KNO3, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  7. 청구항 1에 있어서,
    28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2, 1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl, 0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2, 5 내지 25 중량%의 LiNO3 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  8. 청구항 1에 있어서,
    15 내지 25 중량%의 NaNO3,
    17 내지 30 중량%의 KNO3,
    27 내지 43 중량%의 Ca(NO3)2,
    0.8 내지 5 중량%의 NaCl,
    0.9 내지 3.9 중량%의 KCl,
    5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  9. 청구항 1에 있어서,
    13 내지 27 중량%의 NaNO3,
    15 내지 30 중량%의 KNO3,
    28 내지 46 중량%의 Ca(NO3)2,
    1.2 내지 3.7 중량%의 NaCl,
    0.8 내지 2.9 중량%의 CaCl2,
    5 내지 25 중량%의 LiNO3를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열저장 물질.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 열저장 물질을 구비하는 태양열 저장 장치.
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