KR20050016961A - 열저장매질 - Google Patents

열저장매질

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KR20050016961A
KR20050016961A KR10-2005-7000128A KR20057000128A KR20050016961A KR 20050016961 A KR20050016961 A KR 20050016961A KR 20057000128 A KR20057000128 A KR 20057000128A KR 20050016961 A KR20050016961 A KR 20050016961A
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heat
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KR10-2005-7000128A
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노이쉬츠마르크
글라우쉬랄프
쩡다원
포이히트볼프강
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메르크 파텐트 게엠베하
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B22/08—Acids or salts thereof
    • C04B22/085—Acids or salts thereof containing nitrogen in the anion, e.g. nitrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

본 발명은 상변화열의 형태로 열에너지를 저장하기 위한 상변화물질 (PCMs) 및 그것의 용도에 관한 것이다.

Description

열저장매질 {HEAT-STORAGE MEDIUM}
본 발명은 물 및 질산아연, 질산리튬, 질산칼슘, 질산마그네슘, 질산칼륨과 질산나트륨으로 구성된 군의 2 가지 염으로 이루어진 3 원 혼합에 기반을 둔, 상변화열의 형태로 열에너지를 저장하기 위한 상변화물질 (phase change materials, PCMs) 및 그것의 제조와 용도에 관한 것이다.
정열 및 열손실은 산업공정에서 즉, 자동온도조절장치가 필요한 공정에서 자주 기피되어야 한다. 이를 위하여, 보통 열교환기를 사용한다. 열교환기는 한 부분 혹은 한 매질에서 다른 부분 혹은 다른 매질로 열을 수송하는 열전도매질을 함유하고 있다. 정열을 방산하기 위해 예를 들면, 열교환기를 이용해 열을 대기로 방출하도록 한다. 그러나, 이 열은 이어서 열손실에 대한 보상에 대해 더 이상 이용가능하지 않다. 열저장시스템을 사용하여 이 문제점을 해결한다.
공지된 저장매질은 예를 들어, 감지할 만한 열을 저장하기 위한 물 혹은 암석/콘크리트, 혹은 융해열 ("잠열")의 형태로 열을 저장하기 위한 염, 염 수화물 혹은 그것의 혼합물과 같은 상변화물질이다.
물질이 녹을 때 즉, 고체상태에서 액체상태로 전환할 때, 열이 소비된다. 즉, 열이 흡수되고, 액체상태가 계속 유지되는 한 잠열로서 저장되며, 이 잠열은 응고 (solidification) 즉, 액체상태에서 고체상태로 전환할 때, 재방출된다.
열수송/유동에는 온도차가 필요하기 때문에 열저장시스템의 충전은 기본적으로 방전 동안 이루어질 수 있는 것보다 더 높은 온도가 필요하다. 열의 품질은 재이용가능한 온도에 의존한다: 온도가 높으면 높을수록, 더 다양한 경로로 열이 이용될 수 있다. 본 이유에서, 저장하는 동안 온도 수준이 가능한 한 작게 감소되는 것이 바람직하다.
감지할 만한 열 (예를 들어 물의 가열에 의한)을 저장하는 경우, 열투입은 저장물질의 지속적인 가열을 동반한다 (방전 동안은 반대). 반면에, 잠열은 저장되고 상변화물질의 융해점에서 방전된다. 따라서, 잠열저장은 온도손실이 저장시스템으로부터 혹은 저장시스템으로의 열수송 동안의 손실에 제한된 민감한 열의 저장을 극복하는 이점을 소유한다.
잠열저장시스템의 저장매질로서, 현재까지 통상 사용에 필수적인 온도범위에서 고체-액체 상태변화하는 성분 즉, 사용하는 동안 용융하는 성분을 사용한다.
알려진 바와 같이, 무기염과 특히 그것의 수화물은 가장 높은 융해비열을 소유한 물질이며, 따라서, 잠열저장시스템(PCMs)으로 선호된다. 적정 용융온도와 융해열 외에, 산업에서 상기 시스템의 이용은, 예를 들면 현재까지 공지된 소수의 잠열저장시스템(PCMs)의 응용을 상당히 제한하고 있는 초냉각 및 성층현상 (부적당한 융해반응, stratification) 등 많은 추가의 특성에 의존적이다.
25℃ 근접범위온도에 대해서는 단지 소수의 잠열저장시스템이 공지되어 있다. 그러나, 이 범위는 건설분야에 대해서는 매우 흥미롭다. 29℃의 용융점을 소유한 파라핀 및 리튬 니트레이트 트리하이드레이트, 18℃의 용융점을 소유한 포타슘 플루오라이드 테트라하이드레이트 및 24℃의 글라우버염이 공지되어 있다.
파라핀은 가연성으로 인하여 건설분야에서 문제가 있다. 무기물질은 상당한 성층현상 및/혹은 상당한 초냉각되려는 경향을 소유한다.
목적은 열저장과 25℃ 근접온도범위에서 완충을 위한 싸이클-안정한 상변화물질 (PCMs)을 제공하는 것이었다.
본 발명은 물 및 질산리튬, 질산나트륨, 질산마그네슘, 질산칼륨, 질산칼슘 및 질산아연으로 구성된 군의 2 가지 염으로 이루어진 3 원 혼합물을 포함하는 열저장매질에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 질산아연/질산리튬/물, 질산아연/질산칼슘/물, 질산리튬/질산나트륨/물 및 질산아연/질산마그네슘/물로 구성된 군에서 선택된 3 원 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 또, 상기 혼합물의 제조공정 및 선택적으로 보조물과 함께, 석고 내부 혹은 베네시안 블라인드 내부 혹은 상부에서 건물의 자동온도조절을 위하여 잠열저장시스템 내 및 자동차류, 수송 혹은 저장설비를 위한 에어컨디셔닝장치 내에서 저장매질로서의 용도에 관한 것이다. 투명한 단열재시스템 (TTIs) 에서 사용가능하나, "열질량"을 증가시키기 위한 내부 및 외부벽, 천장내에서도 사용가능하다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 자동온도조절은 짧은 온도변동 혹은 정점의 흡수뿐만 아니라 단열 및 온도유지 둘 다 의미하는 것이 된다. 응용은 열저장과 선택적인 방출 및 열흡수와 그 결과로 일어나는 냉각 둘 다일 수 있다.
본 발명에 따른 열저장매질은 물, 및 질산리튬, 질산나트륨, 질산마그네슘, 질산칼륨, 질산칼슘 및 질산아연으로 구성된 군의 2 가지 염을 포함하는 상변화물질 (PCM)로 정의된다.
상기 구성분의 각각의 수화물을 사용할 수도 있다. 특별히 바람직한 것은 시스템 질산리튬/질산아연/물, 질산리튬/질산나트륨/물, 질산칼슘/질산아연/물 및 질산마그네슘/질산아연/물이다. 본 발명에 따른 매질은 25℃ 근접의 요구된 온도범위내에서 매질의 용융점을 소유한다. 더 적당한 혼합물은 하기 표에 요약된다.
혼합물 번호 성분 1 성분 2 성분 3
1 LiNO3 NaNO3 물
2 LiNO3 Mg(NO3)2 물
3 LiNO3 Ca(NO3)2 물
4 LiNO3 Zn(NO3)2 물
5 NaNO3 Mg(NO3)2 물
6 NaNO3 Ca(NO3)2 물
7 NaNO3 Zn(NO3)2 물
8 Mg(NO3)2 Ca(NO3)2 물
9 Mg(NO3)2 Zn(NO3)2 물
10 Ca(NO3)2 Zn(NO3)2 물
11 LiNO3 LiCl 물
12 LiNO3 LiClO4 물
13 LiClO4 Ca(ClO4)2 물
14 Ca(NO3)2 Ca(ClO4)2 물
15 LiCl MgCl2 물
16 LiCl CaCl2 물
17 LiCl ZnCl2 물
표 1:혼합물
고체/액체 상태변화는 혼합물의 조성에 의해 결정된다.
혼합물의 조성은 1 내지 70 중량% 범위 내, 바람직하게는 7 내지 58 중량%의 범위 내에 있다. 염 및 물 혹은 그것의 수화물은 강력한 교반에 의해 용융 및 혼합된다. 형성된 수증기가 누수되는 것을 방지하기 위하여 보호관을 기구에 부착할 수 있다. 상기는 성분들의 혼합율이 일정하도록 할 수 있다.
예를 들어 하이드록시드, 옥시드, 카보네이트 등과 같은 다른 적절한 개시물질은 마찬가지로 요구된 질산염을 얻기 위해 질산과 함께 반응될 수 있다.
용융점이하로 냉각한 후, 결정화가 수용액 혹은 기계적 로딩에 의해 추가적으로 개시될 수 있다.
염 혼합물외에도, 본 발명에 따른 혼합물은 핵제를 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 혼합물은 필요하다면 추가의 보조물 첨가와 함께, 미세- 혹은 거대-캡슐화될 수 있다.
하기 실시예는 더 자세하게 그러나, 제한없이 상기 발명을 설명하기 위한 것이다.
실시예 1:
NaNO3/LiNO3/물
질산리튬 228.5 g과 질산나트륨 26.76 g을 정수 156.45 g과 함께 원형 플라스크 (round-necked flask)에 넣어 무게를 측정하고, 가열맨틀 내에서 약 40℃에서 용융시킨다. 투명하고 약한 황색의 용융물이 수득된다. 혼합물은 27.7℃의 용융점을 소유한다.
하기 혼합물을 유사하게 제조한다.
혼합물 성분 1 중량% 성분 2 중량% 성분 3 중량%
A Zn(NO3)2 37-40 LiNO3 20-24 H2O 36-43
B Zn(NO3)2 32-35 Ca(NO3)2 31-34 H2O 31-37
C LiNO3 50-55 NaNO3 7-9 H2O 36-43
D Zn(NO3)2 55-58 Mg(NO3)2 7-9 H2O 33-38
E Zn(NO3)2 35-38 Mg(NO3)2 31-34 H2O 28-34
상기 혼합물의 용융점은 25℃ 근접요구 온도범위내에 있다.
혼합물 용융점
A 20℃
B 23℃
C 27℃
D 32℃
E 33℃
실시예 2:
Mg(NO3)2 * 6 H2O/NaNO3/KNO3
질산마그네슘육수화물 34.25 g을 질산나트륨 3.5 g과 질산칼륨 12.25 g과 함께 원형 플라스크내에서 무게를 측정한다. 90℃ 온도의 오일배쓰에서, 염은 지속적인 교반으로 균일하게 용융된다. 투명하고 약한 황색의 용융물이 수득된다. 상기 수득물은 연속의 혼련을 통해 특히 잘 결정화된다.
상기 혼합물의 용융점은 65℃이다.

Claims (10)

  1. 물 및 질산리튬, 질산나트륨, 질산마그네슘, 질산칼륨, 질산칼슘 및 질산아연으로 구성된 군의 2 가지 염으로 이루어진 3 원 혼합물을 포함하는 열저장매질.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물 내 각각의 성분의 비율이 1-70 중량% 범위임을 특징으로 하는 열저장매질.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 혼합물 내 각각의 성분의 비율이 7-58 중량% 범위임을 특징으로 하는 열저장매질.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물이 질산아연/질산리튬/물, 질산아연/질산칼슘/물, 질산리튬/질산나트륨/물 혹은 질산아연/질산마그네슘/물로 이루어진 혼합물임을 특징으로 하는 열저장매질.
  5. 제 1 항에 있어서, 매질이 캡슐화되어 있음을 특징으로 하는 열저장매질.
  6. 제 1 항의 매질의 제조방법에 있어서, 질산리튬, 질산나트륨, 질산마그네슘, 질산칼륨, 질산칼슘 및 질산아연 혹은 그것의 수화물로 구성된 군에서 선택된 2 가지 화합물 및 물의 혼합물을 용융시키고 (상기 혼합물 내 각각의 성분의 비율이 10 내지 90 몰%의 범위임), 임의로 후속 결정화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 임의로 보조제와 함께, 잠열저장시스템 내 저장매질로서의 제 1 항의 매질의 용도.
  8. 석고 내부 혹은 베네시안 블라인드 내부 혹은 상부에서 건물의 자동온도조절을 위한 제 1 항의 매질의 용도.
  9. 자동차류, 수송 혹은 저장설비를 위한 에어컨디셔닝 장치에서의 제 1 항의 매질의 용도.
  10. 투명한 단열재시스템 내에서의 제 1 항의 매질의 용도.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006009406A1 (en) * 2004-07-21 2006-01-26 Enet Co., Ltd Preparation of microcapsule using phase change material

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