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KR860000011B1 - 가역성 상변화 조성물 - Google Patents

가역성 상변화 조성물 Download PDF

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KR860000011B1
KR860000011B1 KR1019810005064A KR810005064A KR860000011B1 KR 860000011 B1 KR860000011 B1 KR 860000011B1 KR 1019810005064 A KR1019810005064 A KR 1019810005064A KR 810005064 A KR810005064 A KR 810005064A KR 860000011 B1 KR860000011 B1 KR 860000011B1
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KR
South Korea
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mgcl
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hydrated
nucleation
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KR1019810005064A
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English (en)
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아셀 레인 죠지
에베렡 로소 해롤드
Original Assignee
더 다우 케미칼 캄파니
리챠드 골든 위터만
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • 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

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Abstract

내용 없음.

Description

가역성 상변화 조성물
본 발명은 가역성 액체/고체 상 변화 조성물(revarsible liquid/solid phase change composition)에 관한 것이다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명은, 조성물의 액상의 과도냉각 특성(supercooling property)을 개질시키기 위한 첨가제를 함유하는, 수화된 MgCl2또는 Mg(NO3)2/MgCl2상 변화조성물에 관한 것이다.
MgCl26H2O는, 약 170℃(액 243°F)의 온도에서 상당량의 융합잠열(latent heat of fusion)을 방출하거나 흡수함으로써 상전이 현상이 발생한다. 그러므로, 상기 물질은, 열에너지 저장시스템, 예를들면 흡수 공기조절 및 오프피크(off peak)전력 열저장용도등에 사용하기 위한 캡슐화된 열저장매체로서 사용하는데 유리한 특성으로 갖는다.
그러나, 이와같은 용도의 물질을 개선시키기 위해서는, 수화된 MgCl2조성물의 과냉특성을 개선하기 위한 첨가제 또는 일련의 첨가제들, 가장 바람직하게는 매우 적은 양으로서 큰 효과를 낼수 있는 첨가제를 개발할 필요가 있다.
수화된 MgCl2는, 모든 첨가물이나 불순물을 제외하고 약 43내지 49중량%의 MgCl2와 잔여중량%의 물을 함유하는 가역성 액체/고체 상변화 조성물을 의미한다. 가장 바람직한 것은, 약 47중량%의 MgCl2와 약 53중량%의 물을 혼합하여 제조된 약 117℃(243°F)의 용융/빙결온도를 갖는 수화물이다. 본 발명 조성물중의 주요 결정형태는 헥사하이드레이트이다.
"과냉(과도냉각)"이라는 용어는, 정지조건(quiet condition)하에 가열 및 냉각시킬 경우에, 주어진 수화된 MgCl2조성물의 빙결개시온도와 해빙온도간의 차이를 의미한다.
"첨가제"라는 용어는, 본 명세서에 명시된 핵형성 첨가제(nucleating additives)는 물론이고, 본 발명의 목적에 무해한 이들 첨가제들의 전구체도 포함하는 의미이다.
본 발명에서는, 수화된 MgCl2조성물을 위한 신종의 고활성 핵형성 첨가제를 제공한다. 본 발명에서는, 특히 핵 형성 첨가제로서 Ba(OH)2, Sr(OH)2, CaO, SrCO2, BaO, Ca(OH)2, Mg(OH)2, MgO, Na3AlF6또는 CaC2O4(칼슘 옥살레이트)중에서 선택된 1종이상의 화합물을, 수화된 MgCl2액상의 과냉특성의 억제에 유효한 양으로 함유하는, 수화된 MgCl2로 이루어진 조성물을 제공한다. 실제수행에 있어서는, 과냉정도가 수회의 반복주기의 평균기준으로 약 2℃를 넘지않도록 억제하기에 충분한 양을 사용하는 것이 바람직하다.
첨가제의 유효량은, 수회의 반복적 상 변화주기에 걸쳐 주어진 조성물을 시험하여 결정한다. 핵형성 첨가제가 불충분한 양으로 존재할 때는 예를들어 일시적인 효과만을 나타내게 될 수도 있다. 이와가트은 행동은, 첨가제의 유효량보다 약간 과량을 첨가함으로써 극복할 수 있다.
본 발명의 조성물은, 열저장매체의 용량에 따라 사용할 수 있도록 별개의 캡슐화부재내에 포장하는 것이 바람직하다. 본 발명의 열저장조성물용으로 적합하고 공지된 캡슐화부재의 예는 폴라스틱/금속라미네이트의 수-불투과성 박지이다. 또한, 예를들어 본 명세서에 참조문헌으로 인용되는 미합중국 특허 제4,003,426호에 예시된 바와같이, 열저장조성물이 발포구조물중의 기포(cell)내에 캡슐화될 수 있는 독립기포 플라스틱 발포체(close cell plastic foam)를 사용할 수도 있다. 그러나, 저렴한 에어러졸 캔등의 금속 또는 플라스틱캔이나 압출성형된 폴리에틸렌파이프등의 금속 또는 플라스틱파이프등도 역시 유용한 캡슐화 부재이다. 이와같은 캡슐화부재에 관한 구체적인 사항은 하기 참조문헌을 참고할 수 있다[참조문헌 : 보고서 Nos. ORO/5217-8 및 NSF RANN SE C906 FR761 ; The National Technical Information Service (미합중국 버지니아 스프링피일드 소재)].
[실시예]
하기 표 1의 데이타는, 수록된 비율에 따라 수화된 MgCl2시료를 제조하여 시험산출한 것이다. 각가 명시된 비율의 혼합시료를 2온스들이 유리시험관에 넣고 교반하에 약 130℃로 가열하여 균질분산액 또는 혼합물을 수득한다. 유리케이스내의 열전쌍(thermocouple)을 각 시험관의 뚜껑을 관통하여 삽입시켜 빙결 전후 및 빙결중에 각 시료의 중심에서의 온도변화를 측정한다. 냉각온도는 약 20°내지 25℃(실온)의 범위내로 조절 및 유지시킨다. 하기 표에서, 시료번호 1은 탈이온수로 산화시킨 분석등급 MgCl2의 대조용시료이다.
[표 1]
Figure kpo00001
본 발명은, Mg(NO3)2를 언급된 MgCl2상변화조성물에 첨가하여, 약 59℃(액 138°F)에서 상당량의 융합잠열을 방출 또는 흡수하면서 상전이가 발생하는 Mg(NO3)2·6H2O/MgCl2·6H2O 공융성 조성물(eutectic composition)을 제조하는 것도 고려하고 있다. 상기 물질은, 공간 또는 수-가열용도의 태양에너지시스템에 사용되는 캡슐화된 열저장매체로서 유용한 특성을 갖는다.
상기 물질은 하기 참조문헌에 기술되어 있다.[참조문헌 : "Eutectic Mixture for Solar Heat Storage", Yoneda 및 Takanashi, Solar Energy, vol. 21, p. p. 61-63(1978)].
수화된 Mg(NO3)2/MgCl2는, 모든 첨가제 또는 불순물을 제외하고 약 25 내지 45중량%의 Mg(NO3)2, 약 10내지 25중량%의 MgCl2및 잔여중량%(40-50중량%)의 물을 함유하는, 가액성 액체/고체 상변화조성물을 의미한다. 가장 바람직한 것은, 약 34중량%의 Mg(NO3)2와 약 19중량%의 MgCl2를 약 47중량%의 물과 혼합하여 제조된, 약 50℃(138℉)의 용융/빙결온도를 갖는 공융성 혼합물이다. 본 발명조성물중의 주요 결정형태는 헥사하이드레이트이다.
수화된 Mg(NO3)2/MgCl2조성물은, 핵형성 첨가제로서 Sr(OH)2, Ca(OH)2, CaO, BaO, Mg(OH)2또는 MgO로부터 선택된 1종이상의 화합물을, 수화된 Mg(NO3)2/MgCl2액상의 과냉특성의 억제에 유효한 양으로 함유한다. 수화된 Mg(NO3)2/MgCl2조성물은, 핵형성 첨가제로서 Sr(OH)2, Ca(OH)2, CaO 또는 BaO를 함유하는 것이 바람직하다. 수회의 반복주기의 평균을 기준으로 액2℃이하로 과냉을 억제시키기에 충분한 양을 함유시킨다.
하기 표 II의 데이타는 수록한 비율에 따라 수화된 Mg(NO3)2/MgCl2시료를 제조하여 시험산출된 것이다. 각가 명시된 비율의 혼합시료를 2온스 유리시험관에 넣고, 교반하에 약 70℃로 이를 가열하여, 균질한 분산액 또는 혼합물을 수득한다. 유리케이스내의 열전쌍을 각 시험관의 뚜껑을 관통하여 삽입시켜, 빙결저누 및 빙결중에 각시료의 중심에서의 온도변화를 측정한다. 냉각온도는 약 20°내지 25℃(실온)의 범위내로 조절 및 유지시킨다.
각 조성물은 10회의 결빙-해빙주기에 걸친 과냉에 관하여 측정하고, 그의 평균측정치를 하기 표에 수록했다. 하기 표에서, 시료번호 1은 분석등급 Mg(NO3)2/MgCl2의 대조용 시료이다.
[표 II]
Figure kpo00002
표 I 및 표 II에 수록된 것 이외의 과냉첨가제를 고성능 핵형성 첨가제와 함께 사용하여 개선된 MgCl2및 Mg(NO3)2MgCl2상 변화조성물을 제조할 수 있다는 것은 자명하다. 비록, 상기 데이타에서는 매우 소량의 수록된 종류의 핵형성 첨가제가 현저한 이익(약 2℃미만의 평균과냉)을 제공하는 것으로 예시하고 있으나, 이들 첨가제를 다량, 그러나 바람직하게는 상변화 조성물 중량의 약 2.0중량%를 초과하지 않는 양으로 혼입시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. (a) 43 내지 49중량%의 MgCl2와 잔여중량%로 물로 이루어진 수화된 MgCl2, 및 (b) Ba(OH)2, Sr(OH)2, CaO, SrCO, BaO, Ca(OH)2, Mg(OH)2, MgO, Na3AlF6또는 CaC2O4중에서 선택된 1종이사의 핵형성 첨가제로 조성되며, 언급된 핵형성 첨가제가 MgCl2액상의 평균과냉을 2℃이하로 억제하기에 유효한 량으로 존재함을 특징으로 하는, 가역성 액체/고체 상변화 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 수화된 MgCl2가, 약 46중량%의 MgCl2와 잔여중량%의 물로 이루어지는 조성물.
  3. (a) 25 내지 45중량%의 Mg(NO3)2, 10내지 25중량%의 MgCl2및 잔여중량%의 물로 이루어진 수화된 MgCl2/Mg(NO3)2공융성 혼합물, 및 (b) Sr(OH)2, Ca(OH)2, CaO, BaO, Mg(OH)2, MgO 또는 이의 혼합물중에서 선택된 핵형성 첨가제로 조성죄며, 언급된 핵형성 첨가제가 공융성 액상의 평균과냉을 2℃이하로 억제하기에 충분한 양으로 존재함을 특징으로 하는, 가역성 액체/고체 상변화 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 수화된 MgCl2/Mg(NO3)2공융성 혼합물이 약 34중량%의 Mg(NO3)2, 약 19중량%의 MgCl2및 약 47중량%의 물로 이루어지는 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 캡슐화용 부재내에 밀봉적으로 함유된 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 언급된 핵형성 첨가제가 2.0중량%이하의 양으로 존재하는 조성물.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 캡슐화용 부재내에 밀봉적으로 함유된 조성물.
  8. 제3항에 있어서, 언급된 핵형성 첨가제가 2.0중량%이하의 양으로 존재하는 조성물.
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