528730 A7 ---- B7 五、發明說明（1 ) 交互參考 居申請案是在19 9 8年6月2曰提出申請的申請案編號第 09/088,63 1號之部份接續申請案。 發明範圍 本發明係專注於一種相改變物質及特別是密度安定的相 改變物質。 發明背景 相改變物質是一種進行相改變的物質，典型是在液相與 固相之間。常常在能量貯存應用中使用相改變物質，因爲 當成潛熱（即以固化釋出或液化需要的能量）可以貯存的能 量更大於當成顯熱（即增加單相物質溫度需要的能量）辟存 的能量。 一種已廣泛使用的相改變物質是硝酸鎂六水合物與硝酸 鐘之鹽。已提出許多用以製備鹽所使用的硝酸鎂六水合物 與硝酸鋰比例之配方。EPO專利第365,623號揭示一種以 介於92 : 8至87 : 13之間的硝酸鎂六水合物與硝酸鋰比 例形成的鹽。EPO專利第616,63〇號揭示以介於86 : 14 至8 1 : 19之間的比例形成的鹽。在EPO專利中揭示的鹽 類具有約70 °C的熔融溫度及約180焦耳/公克之潛熱。因 此，鹽類也可生物降解及無毒性。 這些鹽類特別重要，因爲鹽類的操作特徵允許其在車輛 中（如汽車）供能量貯存的熱電池中使用。其溶點溫度是在 適合於汽車應用中有效的熱轉換範圍内，並且物質的能容 量大至足以在有限的尺寸及重量設計中貯存大量的能量。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) -裝-------Γ訂·)— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 528730 A7 五、發明說明（2 ) 在使用以上討論的硝酸鎂六水合物與硝酸鋰鹽類之熱兩、、 可在300秒的快速放電釋出75〇-8〇〇 Wh。 …、包池 但是’鹽類也具有許多缺點特徵，使其在汽車的熱 應用中複雜化。簡言之，在固態中的鹽密度甚大於在=能 中的鹽密度。因此，在熱循環期間的密度改變(其會相： 響體積的改變）可能造成熱電池組份的變形，因爲物質在= 相與液相之間的改變。㈣限的溶融鹽可使因此造成的損 壞惡化，其中最接近於熱源的鹽部份會先熔融，形成輕不' 稠密的液相，其會迫使更稠密的固相靠近熱電池組份二事 實上，有可能以改變密度使熱電池組份變形至使得熱電池 失效的程度。 ' / 訂 # 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 當熱電池箱正常是以鋁製成時，則熱電池組份甚至盔大 變動的循環變形可以進一步動搖結果。鋁典型將形成氧化 層，其具有當成使物質腐蝕的鈍化層或阻擋物。當物質在 液相與固相 < 間轉換時，則由相改變物質造成的熱電池組 份之循環變形會造成不利於形成氧化鋁保護層，因此破壞 保護鈍化層及可能發生腐蝕作用。在不利的情況下，裸露 的鋁會曝露於硝酸鹽化合物及受腐蝕。腐蝕過程的結果會 在電池内產生大量的氣體。最終由在熱電池内增加的腐蝕 氣體量之壓力會破壞熱電池，並使其失效。 已提出一種限制在熱電池内堆積壓力的方法是將熱電池 裝配安全閥，以排出腐蝕氣體。但是，該方法會明顯增加 熱電池的成本及複雜性。 -5- 本紙張尺度财目目家標準（CNS)A4規ί各（21〇>< 297在7 528730 A7 B7 五、發明說明（3 ) 本發明的概述 根據本發明的觀點，相改變物質包括水合族IIA金屬硝 酸鹽與族IA金屬硝酸之鹽及有效量的水物質，以有效的水 物質量足以造成在相轉換期間的該相改變物質之液相與固 相具有約相同的密度。水合族IIA金屬硝酸鹽可以是水合 的硝酸#5 (例如，硝酸#5四水合物）或水合硝酸鍰（例如，硝 酸鎂六水合物）。族IA金屬硝酸鹽可以是硝酸鐘、硝酸納 或硝酸钾。水物質可以是水。 鹽可以是具有硝酸鍰六水合物··硝酸_之重量百分比介 於75 : 25與85 : 15之間的硝酸鍰六水合物：硝酸钾鹽， 並且水物質可以介於以相改變物質之重量計至少33.3%與 至少3 7.2%之間，在介於以相改變物質之重量計至少3 3.3 % 與至少37.2%之間變化的水物質重量百分比與在硝酸鎂六 水合物··确酸卸鹽中的硝酸鎂六水合物重量百分比有直接 的關係。 可選擇鹽可以是具有硝酸#5四水合物：硝酸鐘之重量百 分比介於85 : 1 5與90 : 10之間的硝酸鈣四水合物：硝酸 鋰鹽，並且水物質可以是以相改變物質之重量計至少30%。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據進一步的選擇，鹽可以是具有硝酸鈣四水合物：硝 酸却之重量百分比介於85 : 15與90 : 10之間的硝酸鈣四 水合物：硝酸鉀鹽，並且水物質可以是介於以相改變物質 之重量計至少27.9%與至少29%之間，在介於以相改變物 質之重量計至少27.9%與至少29%之間變化的水物質重量 百分比與在硝酸鈣四水合物：硝酸神鹽中的硝酸药四水合 ___-6-_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） -- 528730 A7 B7 五、發明說明（4 ) 物重量百分比有直接的關係。 根據本發明進一步的觀點是一種製造密度安定的相改變 物質之方法，其包括提供水合族IIA金屬硝酸鹽與族IA金 屬硝酸鹽之鹽及加入有效量的水物質（足以造成在相轉換 期間的該相改變物質之液相與固相具有約相同的密度）等 步驟。 提供鹽的步驟可以包括提供選自由水合的硝酸鈣（例如 ’硝fei #5四水合物）及水合的硝酸鍰（例如，硝酸鎂六水合 物）組成的各物之水合族IIA金屬硝酸鹽與選自由硝酸鐘、 硝酸鋼及硝酸鉀組成的各物之族！ A金屬硝酸鹽之鹽類。 加入水物質之步驟可以包括加入水之步驟。而且，將水 物質加至鹽的步驟可以包括將鹽加熱至鹽的熔融溫度、將 水物質混入受熱鹽中及將水物質與受熱鹽之混合物擴拌等 步驟。 提供鹽的步驟可以包括提供具有硝酸鎂六水合物：硝酸 鉀之重量百分比介於75 : 25與85 : 15之間的硝酸鍰六水 合物：硝酸鉀鹽之步驟，並且加入有效的水物質量步驟可 以包括加入使水物質具有介於以相改變物質之重量計至少 33.3%與至少37.2%之間的水物質之步驟，在介於以重量計 至少3 3.3 %與至少3 7.2%之間變化的水物質部份與在硝酸 鐵：^水合物：硝酸钾鹽中的硝酸鍰六水合物重量百分比有 直接的關係。 可選擇提供鹽的步驟可以包括提供具有硝酸鎂六水合物 :硝酸鉀之重量百分比介於85 : 15與90 : 1〇之間的确酸 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） — (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) -裝--- 訂------— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528730 A7 --- B7 五、發明說明（5 ) 鎂六水合物··硝酸鉀鹽之步驟，並且加入有效的水物質量 步驟可以包括加入使水物質具有以相改變物質之重量計至 少30%的水物質之步驟。 而且，提供鹽的步驟可以包括提供具有硝酸鎂六水合物 :硝酸鉀之重量百分比介於85 : 15與90 : 1 〇之間的硝酸 鎂六水合物：硝酸鉀鹽之步驟，並且加入有效的水物質量 步躁可以包括加入使水物質具有介於以相改變物質之重量 計至少27.9%與至少29%之間的水物質之步驟，在介於以 重量計至少27.9%與至少29%之間變化的水物質部份與在 硝錢7T水合物：硝酸抑鹽中的硝酸娱六水合物重量百分 比有直接的關係。 根據本發明還有的另一個觀點，熱電池包括可使工作流 體脱過的路徑、與路徑有關的熱交換容器及曝露於容器中 的密度安定的相改變物質。相改變物質包括水合族IIA金 屬确酸鹽與族IA金屬硝酸鹽之鹽類及水物質，其中在固相 中之相改變物質之密度約等於在相轉換期間的液相中之相 改變物質之密度。相改變物質之水合族IIA金屬硝酸鹽可 選自由硝酸鈣四水合物及硝酸鎂六水合物組成的各物。而 且’族IA金屬硝酸鹽可選自由硝酸鋰、硝酸鈉及硝酸神組 成的各物。此外，水物質可以是水。 圖形的概要説明 圖1是本發明具體實施例的密度安定作用所需要最小的 水物質之作圖； 圖2是本發明具體實施例的密度安定作用所需要之鐘、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Gx 297公《 ) (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) -裝-------Γ訂-- # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 528730 A7 B7 五、發明說明（6 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鍰及水物質百分比之三元圖形； 圖3是圖2的三元圖形之片段放大圖；及 圖4是根據本發明的熱電池之圖示代表。 較佳的具體實施例的詳細説明 已發現將水物質加入水合族IIA(鹼土）金屬硝酸鹽與族 IA(鹼）金屬硝酸鹽之鹽類中會生成密度安定的相改變物質 。即將水物質加入水合族IIA金屬硝酸鹽與族IA金屬硝酸 鹽之鹽頰中會生成相改變物質，其中固態密度與液態密度 在相轉換期間約相同。而且，密度安定的相改變物質具有 約等於無密度安定性的鹽（其具有相同的水合族ΠΑ金屬硝 酸鹽對族IA金屬硝酸鹽之比例）之能量貯存容量。 關於以水物質加入鹽中的方式達到密度安定作用，咸信 加入鹽中的水會形成在族IIA金屬硝酸鹽/族IA金屬硝酸 鹽之鹽類周圍的分子，藉以減弱分子之間的吸引。藉由減 弱分子之間的吸引，則理論上會使固相密度降低，以至於 使其約等於在相改變物質的熔點溫度附近及該溫度範圍之 液相密度。 例如，將水物質（如水）加入水合的硝酸鎂鹽（如硝酸鎂六 水合物（Mg(N03)2 · 6 H20)及硝酸鋰（LiN〇3))中可製備根 據本發明的具體實施例之密度安定的相改變物質具體實施 例。特別是爲了達到密度安定的相改變物質，已發現關於 由硝酸鎂六水合物與硝酸鋰（以重量計92 : 8之比例）形成 的鹽，則以重量計至少約39%之相改變物質應該是水物質 ’如水。同樣地，關於具有85.3 : 14.7之鹽，則應該加入 _— -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 1 -裝 —P 訂'-------- 528730 A7 B7 五、發明說明（7 ) 足夠的鹽，使得以重量計至少約37%之相改變物質是水物 質，以達到密度安定作用。而且，關於具有81 : 19之鹽 ，則應該加入足夠的鹽，使得以重量計至少約35%之相？文 變物質是水物質。此外’已證實關於硝酸鎂六水合物與硝 酸鋰之共融混合物（83.7 ·· 16.3之比例），應該將足夠的水 物質加入鹽中，所以相改變物質生成其中以相改變物質重 量計至少約36.6%是水物質。 也可以由下的方式表示這些限制。爲了自具有8.87重量 %之鍰、0.8重量％之鋰及52·33重量Q/❶之硝酸鹽之水合硝 酸鎂：硝酸钾鹽形成密度安定的相改變物質，則以相改變 物質重量計至少約39%必須是水物質。而且，爲了使具有 8.09重量％之鎂、1.48重量％之鋰及54· 13重量％之硝酸鹽 之鹽的密度安定，則以相改變物質重量計至少約37%必須 是水物質。甚至爲了使具有7·69重量％之鎂、1·91重量％ 之鋰及56.7重量％之硝酸鹽之鹽的密度安定，則需要以相 改變物質重量計至少約35%是水物質。進一步關於具有 7.94重量％之鎂、1.64重量％之鋰及55.14重量％之硝酸鹽 之共融混合物，理論上以相改變物質重量計至少約36.6% 是水物質，以製造密度安定的相改變物質。 關於密度安定的相改變物質配方的另一種選擇性表示， 可將其説明成在硝酸鎂··硝酸鉀鹽（或相改變物質）之鎂部 份增加時，則鹽（或相改變物質）之鋰部份必須降低，並且 必須增加使相改變物質安定所需要的相改變物質之最低的 水物質部份。即在鹽或相改變物質中的鎂部份與在鹽或相 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，2· -裝-------^訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528730 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 Β7 五、發明說明（8 ) 改變物質中的鋰部份之間出現一種相反的關係，並在鹽或 相改變物質中的鎂部份與在相改變物質中的水物質部份之 間出現一種直接的關係。因此，當在鹽中的鎂部份在介於 以鹽重量計7.69%與8.87%之間改變時，則在相改變物質中 最低的水物質重量比會在介於以相改變物質重量計至少約 35%與至少約39%之間改變，其與最初存在的鎂量成直接 關係。可擇當在鹽中的硝酸鎂六水合物：磺酸鐘之初比 例自8 1 : 19改變至92 : 8時，則在相改變物質中最低的 水物質重量比會自以相改變物質重量計至少约35%改變至 至少约39%，其與存在的鎂量成直接關係。 關於密度安定的相改變物質之配方的另一種選擇性表示 ，圖1是以作圖表示在相改變物質中所需要最低的水物質 (以相改變物質重量百分比表示）與在相改變物質中的鎂對 裡之重量比之間的關係。曲線Α·A及曲線A-A以上的區域 代表使相改變物質（由水合的硝酸鎂六水合物與硝酸鋰以 既定的鎂對鐘之比例之鹽製成的）安定所需要的水物質百 分比。曲線A-A以下的區域代表其中相改變物質密度不安 定的那些相改變物質。 在圖2及3中提供密度安定的相改變物質配方的另—種 表示。圖2及3是以圖表代表在相改變物質中的鎂、鋰與 水物質（及水）之間的關係，三種組份各自的百分比以相對 於在相改變物質中的鎂、鋰及水物質的總量表示，更甚於 以相改變物質的總量表示。可體會出圖3是圖2關於這三 種組份的三元圖形之片段放大圖示，選擇一部份在圖3中 本紙張尺度適用中國 < U 1 乙 V ro~ ·* * * . ^ r I I --------訂·--------. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 528730 A7 -—_ B7 五、發明說明（9 ) 展示的總區域，以便於可以更容易例證在鋰、鎂與水物質 之間的關係，但不是限制那些只在圖3中代表的百分比。 以線B-B左下的圖形區域代表將安定相改變物質安定所需 要的鋰、鎂與水物質百分比當成部份的鋰、鎂及水物質的 總1。曲線B-B右上的區域代表其中相改變物質密度不安 定的那些相改變物質。 可以利用其它的族IA及ΠΑ金屬硝酸鹽製備根據本發明 其i的具體實施例之金度安定的相改變物質。例如，可以 使用水合的硝酸鈣（以硝酸鈣四水合物形式較佳）取代水合 的硝酸鎂。此外，可以使用硝酸鈉及硝酸鉀取代硝酸鋰。 特別是關於以水合的硝酸鎂（以硝酸鎂六水合物形式）與 硝酸鈉以9 1 : 9的比例形成的鹽，則以相改變物質重量計 至少約3 8.5%應該是水。同樣關於以水合的硝酸鎂（以硝酸 鎂六水合物形式）與硝酸鉀以85 : 15的比例形成的鹽，則 以相改變物質重量計至少約37·2%應該是水。而且，關於 8 0 : 2 0之重量比例之水合的硝酸錢六水合物··硝酸钟鹽， 則以相改變物質重量計至少約35%應該是水，並關於75 : 25之比例，則至少33.3%應該是水。 同樣地，關於以水合的硝酸鈣（以硝酸鈣四水合物形式） 與硝酸鋰以90 : 10或85 : 15的比例形成的鹽，則以相改 變物質重量計至少約30%應該是水。此外，關於以水合的 硝酸鈣（以硝酸鈣四水合物形式）與硝酸鋰以9 1 : 9的比例 形成的鹽，則以相改變物質重量計至少約30%應該是水。 而且，關於以水合的硝酸鈣（以硝酸鈣四水合物形式）與硝 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) 裝 ----訂---------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528730 A7 B7 五、發明說明（1〇 ) 酸鉀以90 : 10的比例形成的鹽，則以相改變物質重量計 至少約29%應該是水，同樣關於85 : 15之比例，則至少 2 7 · 9 %應該是水。 已？登實可取得加入的水物質最大量。超過以上的最大量 時，理淪上超過使相改變物質安定必要的水量將使相改變 物質分離，形成兩種組份系統：一種組份以水爲優勢及第 二種組份以相改變物質爲優勢。在圖i中以加深的c_c線 表示以硝酸鎂六水合物、硝酸鋰及水物質形成的相改變物 質該理論上最大量，C-C線代表其中每J莫耳鎂有至少6 莫耳水及每1莫耳鐘有至少3莫耳水之相改變物質。 也已知將根據加入的添加劑量（尤其是添加劑本身是水 合的）改變引入相改變物質之添加劑（如核晶劑及抑制劑） 及達到密度安定需要的水量。可將核晶劑（例如，具有6〇_ 200篩孔之二氧化矽凝膠）加入硝酸鈣/硝酸鋰或納之鹽類 中，以達到相改變物質的固化作用；同樣地可將氫氧化鎂 形式的核晶劑加入硝酸鈣/硝酸鉀之鹽類中。此外，可將磷 酸鋰當成抑制劑加入，以降低相改變物質之酸性，藉以控 制腐蝕性。可加入水溶性抑制劑更佳，如以四硼化鈉十水 合物之四硼酸鹽，及/或強鹼，如氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫 氧化鋇或磷酸奸。而且，例，可將具有_酸鹽及錳酸鹽 式的氧化劑加人相改變物質中’以提供修護純化 層之氧。因此’由本技藝的熟練者將體會出加人的水百分 比將根據加人相改變物質的這些核晶劑及抑制劑量及由這 些核晶劑及抑制劑加入的水量而改變。 本紙張尺度適財關家鮮（CNS)A4規格⑵ (請先閱讀背面之注意事¾再填寫本頁) _裝-------Γ訂--- % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528730 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（11 ，據以下的步驟將水物質及其它添加劑加入鹽中，以產 生密度安定的相改變物質。首先，將預定量的水合族IIA 金屬硝酸鹽及族ΙΑ金屬硝酸鹽之鹽類放入容器中及加熱 至熔融狀態。相改變物質之熔融溫度將根據鹽的組合物（ 同時關於存在的硝酸鹽及其相對濃度）而改變。例如，硝酸 鎂六水合物··硝酸鋰鹽之近似低共熔混合物之熔融溫度是 約70 °C，同時硝酸鈣六水合物：硝酸鉀組合物之熔融溫度 是約30 °C。在熔融之後，將熔融鹽混合，以改進其均勻度 。將溶融鹽轉移至燒瓶中，將燒瓶密封，以防止鹽會喪失 水份，如果鹽將貯存經任何期限時。 當鹽是在其熔融狀態時，加入水物質及其它添加劑（例如 ，核晶劑及抑制劑），並將混合物攪拌，例如，經由利用磁 檀拌棒攪拌。接著在加入水之後，應該將燒瓶密封，以防 止水份在混合物授捽期間自相改變物質散逸。 實施例 根據類似於以上討論的方法製備許多試驗樣本，並對赛 本進行定性及定量兩種測量方法，以確定根據本發明製備 的相改變物質之固相與液相之密度在相改變物質之溶點^ 度約相同。此外，利用差示掃描量熱法測量許多樣本之& 容量。 匕 先將討論中的鹽樣品以熔融方式製備樣本。以下利用自 鹽變化至具有已熔融製備族I樣本之例如i 〇八士 + 1 a . A叮 < 硕酸 鍰/硝酸鋰鹽之鹽的樣品尺寸。將部份的溶融鹽樣品放冒— 邊，允許其冷卻，以Karl Fischer滴定方式決定水。將大 ---------! I I -------卜訂-------- . (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- A7
五、發明說明（12 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 部份的溶融鹽樣品轉移至含有磁攪拌棒的2公升三角燒瓶 中。接著將三角燒瓶密封，以防止水份喪失。 然後將溶融鹽樣本自2公升三角燒瓶中轉移至也含有磁 檀掉棒的125亳升三角燒瓶中。同時利用自鹽變化至100 笔升<樣本尺寸（介於150至160公克）之鹽的樣本尺寸進 订族1試驗。接著將水及核晶劑（族4-6)經由移液吸管加至 125笔升二角燒瓶中。如果必要，接著將熔融鹽、水及核 晶劑攪:掉’以確定完全混合。 試驗1-定性測量 利用相似的測試方法進行所有本文報告的定性試驗。允 許放入125毫升三角燒瓶中的相改變物質之樣本冷卻，以 形成固股。接著將樣品以局部加熱（在燒瓶的底部），造成 在相改變物質中的相轉換。因爲液體與固體相對不可壓縮 ’在固相與液相之間有任何明顯的密度下降會造成燒瓶破 族 l-Mg (N〇3)2 : LiN03 關於族1的試驗，進行三組定性測量，每一組測量係利 用以具有不同的水合的確酸鍰對硝酸鐘之初比例的鹽類製 備的相改變物質。三組測試鹽具有約92 : 8 (鹽〇、85 3 • 14.7(鹽2)及81 : 19 (鹽3)之硝酸鍰六水合物對補酸|里 之比例。經分析鹽的鋰、鎂及水含量（重量百分比）是如下 :8.87 Mg，0.80 Li，38.0 H20 (鹽 1)、8.09 Mg，L48Li ，36.3 H20 (鹽 2)及 7.69 Mg，1.91 Li，33·7 H2〇 (鹽 3)。 在表1、2及3中分別提供對鹽丨、2及3的族丨試驗結 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 X 297公董） {請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} I· _裝 ----訂---------· 528730 A7 B7 五、發明說明（13 ) 張 纸 -II _一本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 加入的水量 (公克H20/100公克鹽） 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 0 38 是 1.01 38.6 是 2.03 39.2 否 2.55 39.6 否 3.20 39.9 否 4.08 40.4 否 6.49 41.8 ------ 否 表2-鹽2 加入的水量 水的百分比(以重量計的 燒瓶是否破裂 (公克H2〇/1〇〇公克鹽） 水合作用的水及加入的水） 0 35 是 2.5 36.6 是 3.0 36.9 3.5 37.2 否 4.0 37.5 否 5.0 38.1 否 -16- 义度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事d 再填寫本頁) A7 五 、發明說明（14) _B7 _ 表3-鹽3 加入的水量 (公克H2〇/100公克鹽） 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 0 33.7 1.01 34.4 2.05 35 是 2.48 35.3 否 3.04 35.7 否 3.92 36.2 否 6.14 37.5 否 (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 斟酌一般性實驗的不確定性，以少於以重量3 9 %水之鹽1 製備的相改變物質遭遇到在固相與液相之間的密度變化大 至足以使燒瓶破裂。那些其中以混合物重量計至少約39% 是水的混合物不會遭遇到相同明顯的密度變化，因此燒瓶 不會在混合物自固相轉換至液相的期間破裂。 關於鹽2，密度安定作用發生在以重量計約37%是水的 情況下，關於鹽3，密度安定作用發生在以重量計約35% 是水的情況下。 族 2-Mg (NOS)〕： NaN03 關於族2，進行一組定性測量，測試鹽具有約9 1 : 9之 硝酸鍰六水合物對硝酸鈉之比例。在表4中提供試驗結果。 17 I度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 Α7 Β7 五、發明說明（π) 表4 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水）: 燒瓶是否破裂 37.0 是 38.3 是 38.7 否 40.5 否 斟酌一般性實驗的不確定性，該鹽的密度安定作用發生 在以重量計約38.5%是水的情況下。 族 3-Mg (Nosh : ΚΝ03 關於族3的試驗，進行三組定性測量，每一組測量係利 用以具有不同的水合的硝酸鎂對硝酸鋰之初比例的鹽類製 備的相改變物質。三組測試鹽具有約85 · 15(鹽1)、80 : 20(鹽2)及75 ·· 25(鹽3)之硝酸鎂六水合物對硝酸鉀之比例 。在表5、6及7中分別提供對鹽1、2及3的族3試驗結 果0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表5-鹽1 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 36.8 是 37.1 是 37.4 否 37.7 否 38.2 否 38.6 否 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 A7 B7 五、發明說明（16) 表6-鹽2 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 34.4 是 34.8 是 35.1 否 35.3 否 36.0 否 36.5 否 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表7-鹽3 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 32.4 是 32.7 是 33.1 是 33.6 否 33.9 否 34.5 否 斟酌一般性實驗的不確定性，以重量至少37.2%水之鹽1 製備的相改變物質具有密度安定作用。關於鹽2，密度安 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 A7 B7 五、發明說明（17) 定作用發生在以重量計約35%是水的情況下’關於鹽3 ’ 密度安定作用發生在以重量計約33 ·3%是水的情況下。 族 4-Ca (Ν〇3)2 : LiN03 關於族4的試驗，進行二組定性測量，每一組測量係利 用以具有不同的水合的硝酸鈣對硝酸鋰之初比例的鹽類製 備的相改變物質。二組測試鹽具有約90 : 10(鹽丨）、85 : 15(鹽2)之硝酸鈣六水合物對硝酸鐘之比例。在表8及9中 分別提供對鹽1及2的族4試驗結果。 (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表8-鹽1 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 —--------- 26.3 是 26.7 是 27.1 是 27,4 是 27.8 是 28.4 是 29.4 是 30.2 否 31.9 否 -20 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 A7 B7 五、發明說明（18 ) 表9-鹽2 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 燒瓶是否破裂 25.3 是 26.0 是 26.8 是 27.2 是 27.8 是 28.4 是 29.3 是 31.5 否 (請先閱讀背面之注意事?(再填寫本頁) 斟酌一般性實驗的不確定性，關於鹽1及鹽2，密度安 定作用發生在以重量計約30%是水的情況下。 族 5-Ca(N03)2 : NaN03 關於族5的試驗，進行一組定性測量，測試鹽具有約9 1 :9之硝酸#5六水合物對硝酸納之比。在表10中提供試驗 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 結果。 -21 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 A7 五、發明說明（19 ) 表 10 水的百分比(以重量計的 燒瓶是否破裂 水合作用的水及加入的水） 27.7 是 28.5 是 28.9 是 29.2 是 29.8 是 30.5 否 31.5 否 (請先閱讀背面之注意事¾再填寫本頁) 1 -裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 斟酌一般性實驗的不確定性，該鹽的密度安定作用發生 在以重量計約3〇%是水的情況下。 族 6-Ca(N03)2 : ΚΝ03 關於族6的試驗，進行二組定性測量，每一組測量係利 用以具有不同的水合的硝酸鈣對硝酸卸之初比例的鹽類製 備的相改變物質。二組測試鹽具有約9〇 : 1〇(鹽丨）及85 ·· 15(鹽2)之硝酸鈣六水合物對硝酸_之比例。在表1 1及^ 2 中为別k供對鹽1及2的族6試驗結果。 表紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4 mimo -22 297 —^訂·--------_ 528730 A7 B7 五、發明說明（20) 表11 -鹽1 水的百分比(以重量計的 燒瓶是否破裂 水合作用的水及加入的水） 28.5 是 28.9 是 29.2 否 29.5 否 29.9 否 30.4 否 表12 -鹽2 水的百分比(以重量計的 燒瓶是否破裂 水合作用的水及加入的水） 27.0 27.7 28.1 否 28.5 否 29.1 否 (請先閱讀背面之注意事¾再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 斟酌一般性實驗的不確定性，關於鹽1，密度安定作用 發生在以重量計約29%是水的情況下，關於鹽2，密度安 定作用發生在以重量計約27.9%是水的情況下。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 528730 A7
五、發明說明（21 ) 試驗2-定量測量 利用族1及族3之鹽類製備額外的樣品。根據以下的方 法以定量測量這些在約熔點溫度之樣品的固相及液相密度： 液體密度- 將預熱的50毫升有刻度之圓筒放在天平載盤上。稱出圓 筒的重量，並加入10及45毫升之熔融樣品物質。將重量 記錄至最接近於10毫克，並將體積記錄至最接近於〇25 毫升。關於族1，在以90±5。(：範園内進行所有的測量，關 於族3，在以90 °c下進行測量。 以樣p口重里除以樣品體積計算液相密度。 固體密度- 利用不同的方法計算族1及族3的樣本之固體密度。 關於族1 I樣本，將12平方英吋的鋁箔放在平坦的表面 上。將在液體密度試驗中使用的熔融樣品物質的小樣品倒 在铭猪上，在銘绪上產生熔融樣品物質之薄層，接著將其 放在密封的客器中，以防止水份喪失或增加。接著允許熔 融樣品物質層固化（10-20分鐘）。將鋁箔摺疊及壓碎樣品。 在天平載盤上提供一個含有約20亳升惰性溶劑（彳H， 礦物油）之50毫升有刻度之圓筒。稱出圓筒及溶劑的重量 及記錄溶劑的體積。接著將壓碎的樣品物質轉移至圓筒中 ’並將重量記錄至最接近於10毫克及將體積記錄至最接 近於0.25毫升。在以60 土 10°C範圍内進行所有的叫量。 以樣品物質的重量除以由加至圓筒中蜃碎的樣：二改 變的溶劑體積決定液相密度。 (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁) I --------^訂·-- # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24-
528730 A7 B7 五、發明說明（22 ) 關於族3之樣本，將一個含有約7毫升惰性 、 ’各劑（例 礦物油）之10毫升有刻度之圓筒放在天平载 ^ ， 。出par 筒及溶劑的重量及記綠溶劑的體積。利用預熱的移液、^ 知溶融狀悲的鹽轉移至圓筒中，在此使鹽固化j將重:卜' 錄至最接近於10毫克及將體積記錄至最接近於〇1亳=β 以轉移至原筒的熔融物質的重量除以由加入的溶2物邱 改變的溶劑體積決定密度。 ， 貝 因爲利用許多族1的鹽2樣品，故將試驗結果總結在以 下的表中： & Ρ (請先閱讀背面之注意事3填寫本頁) -事 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本 表13 加入的水量（公克 H2〇/100公克鹽） 水的百分比(以重量計的水 合作用的水及加入的水） 固體密度 (公克/毫升） 液體密度 (公克/毫升） 0.0 34.9 1.69 1.58 1.5 35.9 1.68 1.58 2.0 36.2 - — — 1.67 1.57 2.5 36.5 1.68 1.56 3.5 37.1 1.66 1.57 4.5 37.7 1.57 1.57 5.5 38.3 1.58 1.56 定f測試的結果因此通常是在一般性實驗的不確定性 圍内確認定量測試的結果：當以族1的鹽2形成的相改 物質之重量計至少約3 7%是水時，則固體與液體密度約 -25- 紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297^"
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五、發明說明（23 ) 等’即安定的密度。 以分別具有以重量計39.2%及35.3%之總水量的族1之鹽 1及鹽3製備的樣品之測試結果確認在實驗不確定性範圍 内之固體與液體密度約等於1.57公克/毫升。特別是鹽1樣 本之固體與液體密度約相等，同時鹽3樣本之固體密度是 公克/毫升及液體密度是L57公克/亳升。 同樣地以分別具有以重量計37.4%、35.1%及33 6%之總 ^量的族3之鹽〖、2及3製備的樣品之測試結果顯示液體 轉固體金度約等於1.5 7公克/毫升。關於鹽1，液體與固體 达、度分別是1·59及1.58公克/毫升，同時關於鹽2，密度 疋1.61及1.62公克/毫升，關於鹽3 ’密度是ι·62及1.64 公克/愛升。 試驗3 -能容量 利用差示掃描量熱計測量以族1之鹽1及3製備的許多 相改吏物質樣品及兩個分別利用族1之鹽2及族3之鹽1 、2及3製備之相改變物質樣品之能容量。利用以下的步 驟測量相改變物質之能容量。 關於以族1之鹽1及3製備之相改變物質的每一個試驗 ，準備兩個分別具有1〇·3〇毫克相改變物質之樣品量熱管 。首先，稱出每一個空的樣品量熱管。接著將預測試之相 改變物質在80。(：的密閉容器中熔融。將熔融的相改變物質 加入w官中’將管密封，以防止水份喪失或取得環境中 的水份。將管再稱重，以決定容納在管中的樣品量，並利 用差7F掃描量熱計進行分析。 (請先閱讀背面之注意事網再填寫本頁) -裝-------l·訂-! # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 " _ 26 - 本紙張尺度適財_家標準（cns)A4^^iq χ 297公髮了 528730 A7 B7 五、發明說明（24 ) 關於以族1之鹽2及族3之鹽1、2及3製備之相改變物 質的每一個試驗，準備兩個樣品量熱管，一個具有5公克 樣品及一個具有0.5公克樣品。其它方面，族1之鹽2的測 試步驟與用於以族1之鹽1及3製備的相改變物質樣品之 步驟相同及類似於族3之鹽類（除了使用的熔融溫度之外）。 在表14及15中分別提供對族1之鹽1及3的族1試驗結 果。以數字代表平均進行的試驗次數。 -----------Μ--裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----"訂--- # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表15-族1-鹽3 加入的水量 (公克H2〇/1〇〇公克鹽） 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 能容量 (焦耳/公克） 0 33.7 161 2.48 35.3 164 3.04 35.7 158 3.92 36.2 156 6.14 37.5 127 -27- 表14-族1_鹽1 加入的水量 (公克H2〇/1〇〇公克鹽） 水的百分比(以重量計的 水合作用的水及加入的水） 能容量 (焦耳/公克） 0 38 161 2.03 39.2 159 2.55 39.6 161 3.20 39.9 153 4.08 40.4 143 6.49 41.8 109 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ΚΙ ΚΙ 五 、發明說明（25 關於族1之鹽2，試驗顯示以約1.4公克額外的水量（以 ~里4約3 7.2 %之水）製備的相改變物質之能容量只比以未 加入水之鹽（以重量計約36.3%之水）之能容量低9·2焦耳/ 公克而已。關於族3之鹽類，試驗顯示基本上未改變以重 里计37.4%的總水量之鹽i製備的相改變物質之能容量， 其只比以重量計35· 1%的總水量之鹽2製備的相改變物質 之把各1低2焦耳/公克而已，並只比以重量計3 3 6%的總 水里之鹽3製備的相改變物質之能容量低6焦耳/公克而已。 根據對整個可改變的水加入量的觀察，根據本發明的密 度安定的相改變物質之能容量維持與非密度安定的相改變 物質約相同的能容量。甚至加入大量的水，即大於以重量 计5 /〇<起始量’其顯示根據本發明具體實施例之相改變物 貝之能容量會維持在大於1〇〇焦耳/公克。 以實例説明之應用 密度安定的相改變物質在能量貯存設計中具有廣泛應用 的潛力。在圖4中展示一個較佳的實施例，其是鋁熱電地。 以ίο表示的熱電池包括具有内容器14及外容器16之中 央相12，將内容器14排列在具有第一個或絕緣間隔i 8之 外容器16内，可在該間隔中填入絕緣物質或成爲眞空。將 許多管子20安排在内容器14中，界定出在管子2〇之間的 第一個間隔22，在其間填入密度安定的相改變物質。熱電 池10也可以包括許多在許多管子2〇之間延伸的針（未顯示）。 以末端平板密封中央箱12之末端24，26，圖中顯示左 邊的末端平板28。也將末端平板與蓋子或槽32，組合 ----------—-裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —-訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -28 - 528730 Α7 Β7 五、發明說明（26 ) ，以界定在中央箱12的兩個末端上之集管及槽結構36， 38，其與許多的管子20以流體連結。 特別是蓋子32具有接附在其上的入口 40及出口 42，並 與集管及槽結構36之内部間隔以流體連結。兩個蓋子32 ，34具有擋板44，46。以T_形擋板44(展示出一片，但 是，其也可能是兩片的組合）將集管及槽結構36區分成三 個室，並將入口 40與出口 42分離。以擋板46將集管及槽 結構3 8分離成兩個室。擋板44，46因此生成經過集管及 槽結構3 6，3 8及管子20之流體通路，以跟隨經由中央箱 12之蛇形路徑。 在作用時，工作流體（如引擎冷卻劑）經由入口 40進入集 管及槽結構36中，並進入至少其中一個排列在中央箱12 内的管子20中。工作流體經由管子20流至集管及槽結構 3 8，因此進入另一個管子20及回到集管及槽結構3 6。接 著工作流體經由還有其它的管子20流至集管及槽結構38 ，及另一管子20流至集管及槽36。工作流體經由出口 42 流出集管及槽結構3 6。 當工作流體流經中央箱12時，則工作流體會經由管子20 壁與在第二個間隔22中的相改變物質交換熱。尤其是如果 工作流體的溫度超過相改變物質之溫度時，則接著能量會 轉移至相改變物質，使固相加熱，使相改變物質自固相轉 換成液相或進一步使液相加熱，因此將能量貯存於電池中 。如果工作流體的溫度低於相改變物質之溫度時，則接著 能量會自相改變物質轉移至工作流體，使流體加熱及相改 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------^訂---- # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 528730 A7 B7 五、發明說明（27 ) 變物質之液相冷卻’使相改變物質在介於液相與固相之間 轉換或進一步使固相冷卻，因此自電池引出能量。 因爲在第二個間隔22中的相改變物質之密度具有密度 安定性，故不認爲内容器22、管子20及針（未展示）之猶環 變形作用有問題。因此，利用本發明的相改變物質之電池 10具有比利用非密度安定的相改變物質之電池更長的壽 命，後者的相改變物質之轉換作用會造成容器的變形，其 依次會造成龜裂，形成鈍化層，其進一步會造成腐蝕及在 容器内堆積腐蝕氣體，最終會造成電池失效。 自專利説明書、圖形及附加的申請專利範圍之研究可以 獲得本發明還有的其它觀點、應用、目的及優點。 . ---4--I --------^訂---- (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -30- 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐