CN109314011B - 用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，尤其电气切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，尤其涉及电气切换装置，所述设备包含包围绝缘空间（6）的壳体（4）和布置于绝缘空间（6）中的导电零件（8），其中，所述绝缘空间（6）含有包含二氧化碳和氧气的介电流体。本发明的特征在于，在该设备中，布置有氧化催化剂（201；202；203），该氧化催化剂（201；202；203）包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且用来使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒。

Description

用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，尤其电气切换 装置
技术领域
本发明涉及用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，尤其涉及电气切换装置。本发明还涉及在这样的设备中，具体地在切换装置中，更具体地在断路器中，且特定地在高压断路器中，使用包含用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的涂覆到载体上或嵌入到载体中的贵金属颗粒的氧化催化剂。
背景技术
在常规的断路器中，在电流断开操作的期间形成的电弧使用介电气体来熄灭，该介电气体因而用作“灭弧气体”（也称为“熄弧气体”或“切换气体”）。
出于此目的，断路器包含一个或多个串联连接的切换室，这些切换室充满有灭弧气体，并且，根据关于使在起弧区域中生成的电弧熄灭的常规的原理之一（例如，经由例如自行吹熄（self-blasting）机制或常规的吸入器辅助机制）而操作。
EP 0 836 209例如公开了包含充满有灭弧气体的切换室的断路器。在断开操作的期间，在两个主接触件之间生成电弧，且通过灭弧气体而使该电弧猝熄。在起弧区域中产生的热和电离气体向下游（即，沿通向排气容积的方向）传送，其中一部分的热气体存储于自行吹熄容积中，且随后按已知的方式用于辅助猝熄过程。剩余的热气体通过管状主起弧接触件而传送到排气容积中。
典型地，六氟化硫（SF6）用作灭弧气体。SF6是稳定、无害且不可燃烧的，且具有极其高的介电绝缘能力以及灭弧能力。尽管存在这些性质，然而加强了致力于寻找备选的介电流体的努力（尤其鉴于比SF6所具有的要更低的全球变暖潜值（GWP））。
例如，US 2012/0085735公开了将CO2用作绝缘气体的气体断路器。在EP 2 779195中进一步提出了以CO2取代SF6而作为用于电力传输/分布和变换装置的绝缘气体。
US 2012/0085735和EP 2 779 195两者都讨论了如下的问题：在其中CO2用作绝缘气体的情况下，尤其在起弧的期间，由于CO2的离解而生成CO。与SF6的离解产物形成对比，CO不容易重组成CO2，因而导致气体的绝缘或灭弧性能随着时间的推移而下降。另外，CO积聚，这（由于其高毒性和可燃性）引起严重的安全问题。因此，理想的是，去除且控制设备内侧的CO的浓度。
为了抑制在使用含有CO2的绝缘气体的气体绝缘设备中的绝缘或灭弧性能上的降低，US 2012/0085735提出了使用布置于绝缘气体中的沸石。根据US 2012/0085735，沸石应当吸收CO，且因而抑制容器中的CO气体的浓度上的增加。在其中CO2分子在使用断路器之前吸附到沸石的优选的情况下，根据US 2012/0085735，CO分子的吸附导致与预先吸附的CO2分子进行分子交换，这些预先吸附的CO2分子从而被释放，且因而补偿离解的CO2分子。实际上，然而，在US 2012/0085735中提出的分子交换已被证明是不可行的，因为CO2表现出与CO相比更强的对沸石的吸附性。
除了US 2012/0085735之外，JP 2014 124053也尝试通过吸附而降低CO的量，且为此提出了将布置吸附剂，其选择性地吸附CO。
备选地，EP 2 779 195提出了在接触由电弧所生成的热流的部分处使用金属氧化物。特定地，金属氧化物充当用于使CO氧化成CO2的氧化剂。然而，由于金属氧化物减少且因而被消耗，导致金属氧化物的氧化能力随着时间的推移而下降。为了保证设备的安全操作，金属氧化物的存在和氧化能力必须定期检查且被取代（如果引起需要的话）。
JP 2014 200155处理在将CO2用作灭弧气体的气体绝缘开关设备中生成的CO的问题，且在这点上，提出了将提供氧化层，其与由电弧所生成的CO气体接触。
减少在起弧事件的期间生成的一氧化碳的量的问题在JP2015 073348中进一步得到解决，JP2015 073348提出了将二氧化碳用作绝缘气体且将绝缘气体从绝缘空间向外引导到与绝缘空间分开的吸附容器或反应容器中。然后，分别在吸附容器中或在反应容器中，且因而在电气设备的绝缘空间的外侧，一氧化碳被吸附或氧化成二氧化碳。
考虑到上文中所提到的缺点，本发明的问题因此提供用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，这允许以简单且安全的方式抑制CO在延长的时间段内的积聚。
在其中CO2用作灭弧介质或用作灭弧介质的一部分的电气切换装置的特定情况下，切换装置应当允许维持灭弧介质中的CO2浓度，且因而保留其绝缘和灭弧性能。
发明内容
尤其鉴于在EP 2 779 195中描述的技术，上文中所提到的目标在不变更或消耗设备的材料的情况下应当是可实现的。
通过本申请公开的设备或催化剂的使用而解决问题。本发明的优选实施例在本申请中定义。
本发明因而涉及用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，所述设备包含包围绝缘空间的壳体和布置于绝缘空间中的导电零件。绝缘空间含有包含二氧化碳和氧气的介电流体。在所述设备中，布置有氧化催化剂，二氧化碳的摩尔分数与氧气的摩尔分数的比在50:50至100:1的范围内变动以防止在起弧期间形成碳烟，且所述氧化催化剂布置于所述设备的所述绝缘空间的内侧，而且，所述设备是包含至少一个切换室的切换装置，所述切换室包含相对于彼此而可移动且限定起弧区域的至少两个起弧接触件，在所述起弧区域中，在电流断开操作的期间形成电弧，所述切换室还包含排气容积，所述排气容积流体地连接到所述起弧区域，以允许由所述电弧加热的所述介电流体从所述起弧区域向外沿朝向所述排气容积的方向流动。设备的特征在于，所述氧化催化剂包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒，并且所述氧化催化剂布置于所述切换装置的高温区中，所述高温区被设计成在氧化反应的持续时间内维持高于250℃的温度并且沿所述加热的介电流体的流出的方向定位于所述起弧区域与所述排气容积之间。在设备中，布置包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且用来使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒的氧化催化剂。尤其，在设备的操作的期间或在设备的操作条件下发生催化氧化。
特定地，氧化催化剂因此布置于设备的绝缘空间的内侧，更特定地以这样的方式布置，以便于允许与绝缘空间中所含有的绝缘流体直接接触。因而，绝缘流体中所含有的一氧化碳和氧气两者都能够与氧化催化剂结合，从而允许直接地在电气设备的绝缘空间中发生一氧化碳到二氧化碳的氧化的催化。
在包含布置于绝缘空间中且因而与介电流体（其除了二氧化碳之外，还包含氧气）直接接触的氧化催化剂的方面，本发明与在JP 2015 073348中描述的技术明显地截然不同，根据JP 2015 073348，绝缘气体被迫从绝缘空间向外流动到与绝缘空间分开的反应容器中。根据本发明的优选实施例，电气设备因此不存在与绝缘空间分开且特定地设计成用于发生从一氧化碳到二氧化碳的氧化的反应容器。
而且，在具有包含贵金属颗粒的氧化催化剂的方面，本发明的设备也与在JP 2014200155中描述的利用含有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Fe、V或Cr（即，非贵金属）的氧化试剂层的技术形成鲜明对比。同样地，JP 2016 063579（其具有在本申请的优先权日期之后的公开日期）公开了含有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Fe、V或Cr的氧化试剂层，而不是包含贵金属颗粒的氧化催化剂。
根据本发明的特定实施例，氧化催化剂不存在含有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Fe、V或Cr的氧化试剂层。
根据实施例，本发明的设备是电气切换装置。因而，尤其，本发明涉及一种电气切换装置，该电气切换装置包含至少一个切换室，切换室包含相对于彼此而可移动且在其间限定起弧区域的至少两个起弧接触件，在所述起弧区域中，在电流断开操作的期间形成电弧，其中所述切换室的至少一部分充满有用于使电弧猝熄且用于提供介电绝缘的介电流体，所述介电流体包含二氧化碳和氧气，其特征在于，在切换装置中，氧化催化剂被布置且包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且用来使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒。尤其，在电气切换装置的操作的期间或在电气切换装置的操作条件下发生催化氧化。
介电流体形成绝缘流体和/或灭弧流体（取决于它的主要功能）。典型地，介电流体包含与载气组合的至少一种介电化合物。
如上文中所提到的，介电流体包含二氧化碳和氧气。然而，氧气是载气的成分，二氧化碳能够充当流体的介电化合物或载气的成分两者。
在有意地将氧气添加到介电流体（尤其以在下文中更详细地指定的量）以便防止在起弧期间形成碳烟的方面，本发明与如在JP 2015 073348中公开的电气设备明显地截然不同，根据JP 2015 073348，氧气可以仅作为CO2离解的副产物而存在，且注定通过与壳体中所含有的金属反应成为相应的金属氧化物而被消耗。
在CO2是载气成分的情况下，介电流体还包含介电化合物、诸如SF6和/或有机氟化合物。在实施例中，有机氟化合物是从由以下项构成的组中选择的至少一种化合物：氟醚，尤其氢氟单醚；氟酮，尤其全氟酮；氟烯烃，尤其氢氟烯烃；氟腈，尤其全氟腈；以及其混合物。
在另外的实施例中，有机氟化合物是含有四个到十二个碳原子、优选地含有正好五个碳原子或正好六个碳原子或其混合物的氟酮。与具有带有多于六个碳原子的更长的链长的氟酮相比，含有五个或六个碳原子的氟酮具有相对较低的沸点的优点。因而，即使当设备在低温下使用时，也能够避免可能伴随液化而出现的问题。
如本申请中所使用的术语“氟酮”应当被广义地解释，且应当包含全氟酮和氢氟酮两者，且应当进一步包含饱和化合物和不饱和化合物两者（即，包括碳原子之间的双键和/或三键的化合物）。氟酮的至少部分地氟化的烷基链能够为直链或支链，或能够形成环，其可选地被一个或多个烷基取代。在示范性的实施例中，氟酮是全氟酮。在另外的示范性的实施例中，氟酮具有支化的烷基链，尤其至少部分地氟化的烷基链。在还有另外的示范性的实施例中，氟酮是完全饱和的化合物。
在另外或备选的实施例中，有机氟化合物是从由以下项构成的组中选择的氢氟醚：含有至少三个碳原子的氢氟单醚；含有正好三个或正好四个碳原子的氢氟单醚；具有氟原子的数量与氟原子和氢原子的总数量的比为至少5:8的氢氟单醚；具有氟原子的数量与碳原子的数量的比在1.5:1至2:1的范围内变动的氢氟单醚；五氟-乙基-甲醚；2,2,2-三氟乙基-三氟甲醚；以及其混合物。
有机氟化合物也能够是氟烯烃，尤其氢氟烯烃。更具体地，氟烯烃或氢氟烯烃分别含有至少三个碳原子或含有正好三个碳原子。根据另外的实施例，氢氟烯烃因而从由以下项构成的组中选择：1,1,1,2-四氟丙烯（HFO-1234yf；也被称为2,3,3,3-四氟-1-丙烯）、1,2,3,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yc）、1,1,3,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234zc）、1,1,1,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234ze）、1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234ye）、1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225ye）、1,1,2,3,3-五氟丙烯（HFO-1225yc）、1,1,1,3,3-五氟丙烯（HFO-1225zc）、（Z）1,1,1,3-四氟丙烯（HFO-1234zeZ）；也被称为顺式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯）、（Z）1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yeZ）、（E）1,1,1,3-四氟丙烯（HFO-1234zeE；也被称为反式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯）、（E）1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yeE）、（Z）1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225yeZ；也被称为顺式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯）、（E）1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225yeE；也被称为反式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯）；以及其混合物。
如上文中所提到的，有机氟化合物尽管其相对较差的环境安全，也还是能够为氟腈（尤其，全氟腈）。尤其，有机氟化合物能够是含有两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的氟腈（特定地，全氟腈）。更具体地，氟腈能够是全氟脂肪腈，特定地全氟乙腈、全氟丙腈（C2F5CN）和/或全氟丁腈（C3F7CN）。最具体地，氟腈能够是全氟异丁腈（根据分子式(CF3)2CFCN）和/或全氟-2-甲氧基丙腈（根据分子式 CF3CF(OCF3)CN）。在这些氟腈中，全氟异丁腈由于其相对较低的毒性而具体地优选。
在设备的使用的期间形成CO。CO形成在切换装置中（即，在作为切换操作的结果而生成的电弧的熄灭期间）是特别显著的。在这种情况下，CO形成不仅起因于介电流体中所含有的二氧化碳的分解，而且还起因于典型地为C2F4的喷嘴材料的分解。
根据本发明，氧化催化剂布置于设备中，尤其在它的壳体的内侧，尤其在它的气密壳体的内侧，所述氧化催化剂包含用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的涂覆到载体上或嵌入到载体中的贵金属颗粒。该催化剂因而通过降低用于氧化的活化能而提高使一氧化碳氧化成二氧化碳的速率。
考虑到介电流体还含有作为载气成分的氧气的另外特征，一氧化碳在中等温度（且在任何情况下，都远低于700℃）下容易氧化成二氧化碳，该中等温度是对于一氧化碳的非催化氧化所要求的温度。
最后，剧毒且有害的一氧化碳从而转化成不成问题的介电二氧化碳。在其中二氧化碳是介电流体的成分的情况下，一氧化碳的氧化具有如下的另外优点：在延长时段内维持介电流体的功能性，且因而在延长时段内维持设备的安全操作。
因为催化剂按照定义在催化反应中未被消耗，且因而能够继续催化更多的量的一氧化碳的氧化，所以相对少量的催化剂足以在延长时间段内使一氧化碳完全氧化。
如所提到的，介电流体包含二氧化碳和氧气的混合物。根据具体的实施例，介电流体至少基本上不存在SF6，因而允许提供具有非常低的GWP且臭氧耗损潜值（ODP）为0的介电流体。
通常，二氧化碳的摩尔分数与氧气的摩尔分数的比在50:50至100:1的范围内变动。根据另外的实施例，O2的摩尔分数低于CO2的摩尔分数。更特定地，二氧化碳的摩尔分数与氧气的摩尔分数的比在80:20至95:5的范围内变动，因为O2以相应的量存在允许防止形成碳烟。更优选地，该比为85:15至92:8，甚至更优选地为87:13至小于90:10，且尤其为大约89:11。在这点上，已经发现，以至少8%的摩尔分数存在的O2允许即使在采用高电流起弧的重复电流中断事件之后，也防止形成碳烟。
同样地，考虑到上文中所指定的范围内的相对大量的氧气，能够实现从一氧化碳氧化成二氧化碳的高反应速率。因而，不需要添加额外的氧气来发生氧化，正如这是针对在JP 2015 073348中所公开的技术的情况那样，该技术必需在反应容器中提供与存在于绝缘空间中的气体混合物不同的气体混合物。根据本发明的设备的设计因此比根据JP 2015073348的设备的设计更简单且直截了当得多，这要求单独的反应容器和对应的管道系统。
在本发明的上下文中，术语“氧化催化剂”涉及用于催化CO氧化的实际装置。术语因而包含由催化材料构成的氧化催化剂以及除了催化材料之外，还包含将在其中含有催化材料的额外的构件（诸如，加热线圈或盘和/或套筒、管或夹套）的催化剂。
典型地，氧化催化剂包含在其中含有催化材料的套筒、管或夹套。视情况而定，能够优选的是，提供风扇，其被如此设计成引起介电流体流动通过氧化催化剂。
根据实施例，贵金属颗粒由从由以下项构成的组中选择的至少一种金属制成：Au（金）、Ru（钌）、Rh（铑）、Pd（钯）、Os（锇）、Ir（铱）、Pt（铂）以及其混合物。这些允许在大约250℃（其远低于在没有催化剂的情况下发生氧化的温度（即，大约700℃））发生一氧化碳氧化的催化。
尤其，大约250℃的催化的温度大体上低于例如氟酮（其可以例如在大约550 ℃下发生离解）的离解温度和本申请中所提到的其它有机氟化合物的离解温度。因而，一氧化碳的催化氧化能够在电气设备或断路器的内侧的位置中执行，在该位置中，没有招致氟酮的显著离解或本申请中所提到的其它有机氟化合物的显著离解。
更特定地，氧化催化剂是包含涂覆到陶瓷或金属载体上的铂族成员的颗粒的铂族成员催化剂。
更具体地说，氧化催化剂能够在实施例中为柴油机氧化催化剂（DOC）或能够基于DOC的原理。
由于DOC典型地设计成用于在高于250℃的气体温度下进行拟稳态操作，因而氧化催化剂（尤其，在DOC或基于DOC的催化剂的情况下）优选地布置于设备的高温区中，所述高温区设计成在氧化反应的持续时间内维持高于250℃的温度。
在实施例中，高温区设计成至少在氧化反应的持续时间内维持低于500℃的温度，尤其防止高温区中的氟酮的离解或本文中所提到的其它有机氟化合物的离解。
根据具体的实施例，如上文中所提到的，本发明的设备优选地为电气切换装置。切换装置包含至少一个切换室，切换室包含至少两个起弧接触件，这些起弧接触件相对于彼此而可移动且限定起弧区域，在该起弧区域中，在电流断开操作的期间形成电弧。
典型地，切换室还包含排气容积，该排气容积流体地连接到起弧区域，以允许由电弧加热的介电流体从起弧区域向外沿通向排气容积的方向流动。在起弧区域与排气容积之间的区中，在切换操作之后，温度特别高。如果相对较大的电流被中断，则温度典型地高于250℃（即，对于发生催化的CO氧化所要求的温度）。
根据另外的实施例，氧化催化剂布置于切换装置的高温区中，所述高温区沿加热的介电流体的流出的方向定位于起弧区域与排气容积之间。由于温度在该区中高于250℃，因而能够高效地发生催化的CO氧化。另外，催化剂于起弧区域与排气容积之间的放置具有能够建立催化剂与从起弧区域向外流动的加热的介电流体的直接接触的另外优点。由于在加热的介电流体中，一氧化碳的量相对较高，因而这进一步有助于高效的CO氧化。
另外或备选地，氧化催化剂能够布置于中间室中，该中间室由中间室壁界定，且沿加热的介电流体的流出的方向定位于起弧区域与排气容积之间。根据该实施例，氧化催化剂因而布置于所谓的Hylsa系统中，Hylsa系统的基本设计已在EP 1 403 891中描述。在这点上，沿任一流动方向（即，在接触件的郁金香状侧上和/或插塞侧上）布置于Hylsa系统中是可能的。
然而，继低电流中断之后，例如，在T10切换场景的过程中，流出的介电流体的温度能够显著较低，且尤其能够低于250℃。同样地，可能存在如下的情况：其中理想的是，将氧化催化剂布置成远离起弧区域，即，布置于其中温度（不考虑将被中断的电流）低于250℃或其中未在继切换操作之后的足够长的时间内维持高于250℃的温度的区中。
尤其，鉴于这些情况，另外实施例能够涉及一种氧化催化剂，该氧化催化剂还包含设计成生成至少250℃的温度（即，对于发生催化的CO氧化所必需的温度）的加热器。
在实施例中，加热器设计成生成低于500℃的温度，尤其防止氟酮的离解或本申请中所提到的其它有机氟化合物的离解。换句话说，可得到支持的是，将催化剂温度界定成低于大约500℃，以便减少或消除有机氟化合物（例如，诸如：氟醚、氟酮、氟烯烃、氟腈以及其混合物）的离解。
例如，能够使用一种氧化催化剂，该氧化催化剂除了催化剂材料之外，还包含加热盘，这两者都布置于套筒或夹套中。
加热器的存在具有以下另外优点：非氧化且潜在活性的气态杂质能够在氧化催化剂的内部燃烧。如果例如在设备的内部存在烃，则烃被高效地氧化成CO2且氧化成水。
在其中催化剂布置成远离起弧区域的实施例中，通常不存在切换介质的强制流动，这与布置于起弧区域与排气容积之间的氧化催化剂（其中，在切换操作之后存在这样的流动）形成对比。对于该实施例，优选地提供风扇，以引起介电流体的流动，且因而主动地输送介电流体通过氧化催化剂。根据该实施例的氧化催化剂能够进一步包含用于生成对于发生催化的CO氧化所必需的温度的加热器。
根据另外的实施例，氧化催化剂因此优选地作为催化剂系统的一部分，该催化剂系统除了氧化催化剂之外，还包含设计成引起介电流体流动通过氧化催化剂的风扇。
为了在低于250℃的温度下也允许高效的CO氧化，能够选取备选的氧化催化剂。尤其，如果氧化催化剂是包含煅烧于金属氧化物载体（尤其，氧化铝或氧化铁载体）上的金颗粒的金催化剂，则能够实现在相对较低的温度下的高的CO氧化速率。鉴于提高的催化周转率（turnover）以及高稳定性，CeO2优选地添加到金催化剂。
优选地，氧化催化剂包含煅烧于基于掺杂有Fe原子的CeO2的载体上的金颗粒。在该CeO2/Fe2O3载体中，存在氧空位，这进一步改进催化剂的效率。
如果金颗粒具有至多10 nm、优选地至多8 nm、更优选地至多6 nm、最优选地至多4nm的平均直径，则能够实现特别高的催化性能。
根据另外的实施例，金催化剂还包含部分地可还原的氧化物，尤其二氧化铈（CeO2）或过渡金属氧化物。
例如，通过在180℃下煅烧而装载于掺杂有CeO2的Fe2O3载体上的包括1% Au的金催化剂能够使一氧化碳在-16.1℃下完全地氧化。如果使用煅烧到掺杂有Al2O3/CeO2的Fe2O3载体上的包含1% Au的金催化剂（针对其已报告-20.1℃下的100%转化），则即使在较低的温度下，也能够实现完全CO氧化。
如所提到的，由于能够通过存在于绝缘空间中的气态烃的氧化而生成一些水，因而能够进一步优选的是，另外在设备的绝缘空间中，尤其在切换装置的切换室中，含有干燥剂。
在实施例中，干燥剂被如此设计，以便于特定地吸附水，且更优选地从由以下项构成的组中选择：钙、硫酸钙（尤其，无水硫酸钙）、碳酸钙、氢化钙、氯化钙、碳酸钾、氢氧化钾、硫酸铜（II）、氧化钙、镁、氧化镁、硫酸镁、高氯酸镁、钠、硫酸钠、铝、氢化铝锂、氧化铝、活性氧化铝、蒙脱土、五氧化二磷、硅胶、纤维素过滤器以及其组合。
附图说明
借助于附图来进一步图示本发明，在附图中，本发明的设备采取断路器的形式。特定地，
图1示出电流断开操作的期间，根据本发明的第一实施例的断路器的纵截面；以及
图2示出电流断开操作的期间，根据本发明的第二实施例的断路器的纵截面。
具体实施方式
如图1至图2中所示出的，本发明的断路器包含切换室10，在所示出的实施例中，切换室10旋转对称，且沿着纵轴L延伸。切换室包含采取罐壁11的形式的壳体4，壳体4界定采取罐容积13的形式的绝缘空间6，且充满有采取切换气体的形式的介电流体。
切换室10包含导电零件8，导电零件8采取沿轴向方向相对于彼此而可移动的两个标称接触件12（特定地，作为第一标称接触件121的主接触件和作为第二标称接触件122的接触件缸）的形式。第二标称接触件122环绕同中心地安置的喷嘴布置14，喷嘴布置14包含喷嘴16，并且，第二标称接触件122进一步环绕传导部分18，传导部分18形成自行吹熄容积17的壁。喷嘴布置14进一步环绕两个同中心地安置的起弧接触件19，一个起弧接触件19采取断路器的“郁金香状侧”上的空心管状接触件191的形式，而另一个起弧接触件19采取断路器的“插塞侧”上的相应的销接触件192的形式。
在所示出的实施例中，第二标称接触件122设计为可移动的接触件，而第一标称接触件121设计为固定的接触件。同样地，标称接触件121、122两者都可以设计成可移动的。
在电流断开操作的期间，第二标称接触件122远离第一标称接触件121沿轴向方向L移开，从连接（或闭合）状态到断连（或打开）状态。
从而，空心管状起弧接触件191同样地远离销起弧接触件192沿轴向方向L移开，且最后断连，由此，在定位于起弧接触件191、192之间的起弧区域22中形成电弧20。为此，致动杆24链接到喷嘴布置14，所述致动杆24借助于成角度杠杆26来连接到销起弧接触件192，成角度杠杆26如此适配以在电流断开的期间，沿远离空心管状起弧接触件191的方向拉动销起弧接触件192，从而提高使起弧接触件191、192断连的速度。
借助于自行吹熄机制来使所形成的电弧20猝熄，自行吹熄机制吹动加热的切换气体通过喷嘴16，且因而到起弧区域22中。切换气体包含二氧化碳，二氧化碳通过猝熄期间的切换气体的温度上升而部分地离解成一氧化碳。通过典型地由聚四氟乙烯（PTFE）制成的喷嘴16的材料的热致分解而进一步生成一氧化碳。
继电弧猝熄之后，一些加热且加压的切换气体从起弧区域22向外流动通过空心管状起弧接触件191，而一些切换气体从起弧区域22向外沿相反方向流动通过喷嘴通道28，喷嘴通道28与销起弧接触件192同中心地布置，且沿着销起弧接触件192延伸。热切换介质的远离起弧区域22的流动方向以相应的箭头描绘。
在郁金香状侧上，即，在空心管状起弧接触件191的一侧上，第一中间室30（或Hylsa系统）针对于空心管状起弧接触件191同中心地安置，且在距起弧区域22起的某一距离处安置。第一中间室30通过相应的开口32而与空心管状起弧接触件191流体地连接，开口32提供于空心管状起弧接触件191的壁34中。特定地，在所示出的实施例中，提供了一排四个开口32，这些开口32具有共同的横截面，且径向地安置在空心管状接触件的圆周之上。
第一中间室30由第一中间室壁36界定，第一中间室壁36包含面向起弧区域22的近侧壁（或近端壁）361、布置成与近侧壁361相对的远侧壁（或远端壁）362以及周向壁363。
在所示出的特定实施例中，共同的（或可变的）（一个或多个）横截面的两排径向地安置的开口38布置于第一中间室壁36中，一排与近侧壁361紧邻，而另一排与远侧壁362紧邻。开口38开通到第一排气容积40中，第一排气容积40针对于第一中间室30同中心地布置。
空心管状起弧接触件191中的（第一）开口32布置成针对于第一中间室壁36中的（第二）开口38而偏移，使得沿径向方向流动的漩涡状气体不能进一步直接地通过（第二）开口38流动到第一排气容积40中。然而，也能够可行的是，要提供空心管状接触件壁34中的（第一）开口32中的至少一个，使得开口32完全地或部分地与中间室壁36中的相应的（第二）开口38一致，以便有意地确保部分地或完全地直接的流动从空心管状起弧接触件191到第一排气容积40中。（第一）开口32和（第二）开口38的形状、大小、布置以及数量分别最佳地配置，且与相应的操作要求匹配。
第一排气容积40由排气容积壁42界定。在所示出的实施例中，排气容积壁包含近侧壁（或近端壁）421、远侧壁（或远端壁）422、外周向壁423以及内周向壁424，周向壁423、424彼此轴向地移位。
特定地，内周向壁424从远侧壁422延伸，从而在它的自由端与近侧壁421之间留出间隙44，而外周向壁423以这样的方式从近侧壁421延伸，使得外周向壁423与内周向壁424重叠。从而，在周向壁423、424之间形成环形通道46，所述通道46开通到由罐壁11界定的罐容积13中，且充满有相对较低温度的切换气体。
继由电流断开操作引起的气体的加热之后，如上文中所提到的，一部分的加热加压的切换气体从起弧区域22向外流动通过空心管状起弧接触件191。通过大致圆锥形的偏转装置使由箭头A10所指示的气体流动如另外的箭头所指示地偏转成主要径向的方向。气体流动经过（第二）开口38而到达第一中间室30中，在第一中间室30中，使切换气体成漩涡状。然后，允许漩涡状切换气体同样地如箭头所指示地沿径向方向经过第一中间室壁36中的（第二）开口38而到达第一排气容积40中。然后，已进入第一排气容积40的切换气体流动通过间隙44和由周向壁423、424形成的环形通道46而到达罐容积13中。
在插塞侧上，即，在销起弧接触件192的一侧上，能够布置第二中间室52，其中销起弧接触件192的远端54和成角度杠杆26布置于由第二中间室壁60界定的第二中间室52的内部中。一排径向地安置的（第三）开口58与第二中间室52的远侧壁（或远端壁）602紧邻而布置于第二中间室52的周向壁603中。这些（第三）开口58开通到第二排气容积62中。
如第一排气容积40那样，第二排气容积62同样地能够由排气容积壁64界定，排气容积壁64包含近侧或端壁641、远侧或端壁642、外周向壁643以及内周向壁644，周向壁643、644彼此轴向地移位。同样地，针对于第二排气容积62，内周向壁644从远侧壁642延伸，从而在它的自由端与近侧壁641之间留出另外的间隙66，而外周向壁643以这样的方式从近侧壁641延伸，使得外周向壁643与内周向壁644重叠。从而，如在上文中关于第一排气容积40而描述的，在周向壁643、644之间形成环形通道68，所述通道68开通到罐容积13中。
在电流断开操作的期间，如箭头A20所图示的，加热且加压的切换气体的第二部分流动通过沿着销起弧接触件192延伸的喷嘴通道28。加压的切换气体的该第二部分通过经过（第四）开口70而部分地直接地流动到第二排气容积62中，并且，通过经过（第三）开口58而部分地流动到第二中间室52中，且从第二中间室52流动到第二排气容积62中。从而，如在上文中关于第一排气容积40而描述的，在流出到含有相对较低温度的切换气体的罐容积13中之前，借助于内周向壁644来使从第二中间室52向外流动的部分在第二排气容积62中偏转。如第一排气容积壁的内周向壁那样，第二排气容积壁64的内周向壁644因而同样地充当排气容积挡板。
在图1和图2中所示出的断路器的切换室10中，布置氧化催化剂201、202、203，氧化催化剂201、202、203包含用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的涂覆到载体上或嵌入到载体中的贵金属颗粒。
在图1中所示出的实施例中，用于使一氧化碳氧化成二氧化碳的第一氧化催化剂201布置于第一中间室30中，而第二氧化催化剂202布置于第二中间室52中。如上文中所提到的，氧化催化剂201、202中的每个因而沿加热的切换气体的流出的方向定位于起弧区域22与相应的排气容积40、62之间。继相对较大的电流的中断之后，加热的切换气体在该区中具有超过250℃的温度；所述区因而形成高温区72，在高温区72中，维持超过250℃的温度，以便发生CO氧化。根据该实施例，流出的切换气体的气体流动被引导通过氧化催化剂201、202，即，通过或跨过催化剂材料基体。考虑到从起弧区域22流出且因此通过氧化催化剂的切换气体中的一氧化碳的量相对较高的事实，通过该实施例而实现非常高效的一氧化碳的氧化。
作为（一个或多个）第一和/或第二中间室中的布置的备选或附加方案，还有可能将至少一个氧化催化剂布置于空心管状接触件191中（未示出）和/或进一步的下游中，尤其第一排气容积40和/或第二排气容积62中（未示出）。在其中氧化催化剂布置于排气容积40和/或62中的情况下，氧化催化剂能够例如分别布置成接近于内周向壁424或644，或分别布置成接近于相应的排气容积42或62的远侧壁422或642。另外或备选地，至少一个氧化催化剂能够布置成极为接近于环形通道46、68的流出开口（未示出）。
在图2中所示出的实施例中，氧化催化剂203布置于罐容积13中，且因此布置成远离起弧区域22。在该实施例中，氧化催化剂203还包含加热器（未示出），该加热器设计成生成至少250℃的温度，以便保障维持足够高的温度，以用于发生CO氧化。另外，能够提供风扇，以造成切换气体的流动，且因而主动地输送切换气体通过氧化催化剂203。
虽然示出且描述本发明的目前优选的实施例，但将清楚地理解到，本发明不限于此，而是可以在以下的权利要求的范围内按其它方式各种各样地实施且实践。因此，如“优选的”或“尤其”或“具体地”或“有利地”等那样的术语仅表明任选且示范性的实施例。
参考标号列表
4 壳体
6 绝缘空间
8 导电零件
10 切换室
11 罐壁
12 标称接触件
121；122 第一标称接触件（主接触件）；第二标称接触件（接触件缸）
13 罐容积
14 喷嘴布置
16 喷嘴
18 传导部分
17 自行吹熄容积
19 起弧接触件
191；192 空心管状起弧接触件；销起弧接触件
20 电弧
22 起弧区域
24 致动杆
26 成角度杠杆
28 喷嘴通道
30 第一中间室
32 管状空心接触件的壁中的第一开口
34 管状空心接触件的壁
36 第一中间室壁
361、362、363 近侧壁或端壁、远侧壁或端壁、周向壁（第一中间室壁）
38 第一中间室壁中的第二开口
40 第一排气容积
42 第一排气容积壁
421；422；423；424 第一排气容积的近侧壁或端壁；远侧壁或端壁；外周向壁；内周向壁
44 间隙
46 环形通道
52 第二中间室
54 销起弧接触件的远端
58 第二中间室壁中的第三开口
60 第二中间室壁
602；603 远侧壁或端壁；第二中间室的周向壁
62 第二排气容积
64 第二排气容积壁
641；642；643；644 第二排气容积壁的近侧壁或端壁；远侧壁或端壁；外周向壁；内周向壁
66 （另外的）间隙
68 由第二排气容积的周向壁形成的环形通道
70 从喷嘴通道到第二排气容积中的第四开口
72 高温区
201-203 氧化催化剂

Claims (31)

1.一种用于生成、传输、分布和/或使用电能的设备，所述设备包含包围绝缘空间（6）的壳体（4）和布置于所述绝缘空间（6）中的导电零件（8），其中，所述绝缘空间（6）含有包含二氧化碳和氧气的介电流体，在所述设备中，布置有氧化催化剂（201；202；203），二氧化碳的摩尔分数与氧气的摩尔分数的比在50:50至100:1的范围内变动以防止在起弧期间形成碳烟，且所述氧化催化剂布置于所述设备的所述绝缘空间的内侧，而且，所述设备是包含至少一个切换室（10）的切换装置，所述切换室（10）包含相对于彼此而可移动且限定起弧区域（22）的至少两个起弧接触件（19；191、192），在所述起弧区域（22）中，在电流断开操作的期间形成电弧（20），所述切换室（10）还包含排气容积（40；62），所述排气容积（40；62）流体地连接到所述起弧区域（22），以允许由所述电弧加热的所述介电流体从所述起弧区域（22）向外沿朝向所述排气容积（40；62）的方向流动，
其特征在于，所述氧化催化剂（201；202；203）包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒，并且所述氧化催化剂（201；202）布置于所述切换装置的高温区（72）中，所述高温区（72）被设计成在氧化反应的持续时间内维持高于250℃的温度并且沿所述加热的介电流体的流出的方向定位于所述起弧区域（22）与所述排气容积（40；62）之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，二氧化碳的所述摩尔分数与氧气的所述摩尔分数的所述比在80:20至95:5的范围。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，二氧化碳的所述摩尔分数与氧气的所述摩尔分数的所述比在85:15至92:8的范围。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，二氧化碳的所述摩尔分数与氧气的所述摩尔分数的所述比在87:13至小于90:10的范围。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，二氧化碳的所述摩尔分数与氧气的所述摩尔分数的所述比为89:11。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述贵金属颗粒由从由以下项构成的组中选择的至少一种金属制成：Au、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt以及其混合物。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂（201；202；203）是包含涂覆到陶瓷或金属载体上的铂族成员的颗粒的铂族成员催化剂（201；202；203）。
8.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述高温区（72）设计成在所述氧化反应的所述持续时间内维持低于500°C的温度。
9.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂（201；202；203）还包含设计成生成至少250°C的温度的加热器。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述加热器设计成生成低于500°C的温度。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂（201；202）布置于中间室（30；52）中，所述中间室（30；52）由中间室壁（36；60）界定，且沿所述加热的介电流体的流出的方向定位于所述起弧区域（22）与所述排气容积（40；62）之间。
12.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂（201；202；203）是包含煅烧于金属氧化物载体上的金颗粒的金催化剂。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述金属氧化物载体是氧化铝或氧化铁载体。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述金颗粒具有至多10 nm的平均直径。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述金颗粒具有至多8 nm的平均直径。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述金颗粒具有至多6 nm的平均直径。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述金颗粒具有至多4 nm的平均直径。
18.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述金催化剂（201；202；203）还包含部分地可还原的氧化物。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述部分地可还原的氧化物是二氧化铈或过渡金属氧化物。
20.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，另外，在所述绝缘空间（6）中含有干燥剂；且/或所述介电流体包含从由以下项构成的组中选择的一种化合物：SF6、有机氟化合物以及其混合物。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述有机氟化合物是从由以下项构成的组中选择的：氟醚、氟酮、氟烯烃、氟腈、及其混合物。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述氟醚是氢氟单醚，所述氟酮是全氟酮，所述氟烯烃是氢氟烯烃，且所述氟腈是全氟腈。
23.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂（201；202；203）是催化剂系统的一部分，所述催化剂系统除了所述氧化催化剂（201；202；203）之外，还包含设计成造成所述介电流体流动通过所述氧化催化剂（201；202；203）的风扇。
24.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备是断路器。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述断路器是高压断路器。
26.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂以以下方式布置：允许与所述绝缘空间中所含有的绝缘流体直接接触。
27.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备不存在与所述绝缘空间分开且设计成用于发生从一氧化碳到二氧化碳的所述氧化的反应容器。
28.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂包含煅烧于基于掺杂有Fe原子的CeO2的载体上的金颗粒。
29.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述氧化催化剂不存在含有Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ti、Fe、V或Cr的氧化试剂层。
30.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备是电气切换装置。
31.一种在根据权利要求24、25和30中的任一项所述的设备中的氧化催化剂（201；202；203）的使用，所述氧化催化剂（201；202；203）包含涂覆到载体上或嵌入到载体中且设计成用于使一氧化碳催化氧化成二氧化碳的贵金属颗粒。
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