KR102603005B1 - Co 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기 - Google Patents

Co 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기 Download PDF

Info

Publication number
KR102603005B1
KR102603005B1 KR1020197036466A KR20197036466A KR102603005B1 KR 102603005 B1 KR102603005 B1 KR 102603005B1 KR 1020197036466 A KR1020197036466 A KR 1020197036466A KR 20197036466 A KR20197036466 A KR 20197036466A KR 102603005 B1 KR102603005 B1 KR 102603005B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit breaker
gas
arc
enclosure
contacts
Prior art date
Application number
KR1020197036466A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200006567A (ko
Inventor
얀닉 키에펠
루이 막수드
Original Assignee
제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 filed Critical 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Publication of KR20200006567A publication Critical patent/KR20200006567A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102603005B1 publication Critical patent/KR102603005B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/04Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/22Selection of fluids for arc-extinguishing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/53Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56Gas reservoirs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7076Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by the use of special materials
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02BBOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035Gas-insulated switchgear
    • H02B13/055Features relating to the gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2253/00Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/20Organic adsorbents
    • B01D2253/204Metal organic frameworks (MOF's)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2253/00Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/30Physical properties of adsorbents
    • B01D2253/302Dimensions
    • B01D2253/304Linear dimensions, e.g. particle shape, diameter
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/502Carbon monoxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/53Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56Gas reservoirs
    • H01H2033/566Avoiding the use of SF6

Abstract

인클로저를 포함하는 회로 차단기에 있어서, 인클로저는,
- 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 적어도 2개의 아크 접점들로서, 아크 접점들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와 아크 접점들이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서, 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 것인, 적어도 2개의 아크 접점들,
- 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점들의 이동 동안 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위해, 아크 제어 가스 - 아크 제어 가스는 적어도 80%의 이산화탄소를 포함함 - 를 송풍하도록 구성된 가스 유입구를 포함하며,
인클로저는, 아킹 동안 이산화탄소의 이온화 후에 형성되는 일산화탄소를 흡착하는 흡착 재료를 더 포함하며, 흡착기는, 니켈 및/또는 철을 포함하는 금속 유기 구조체이다.

Description

CO 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기
본 발명은 중간 전압 및 고전압 디바이스들에서의 전기 아크(electrical arc)들의 전기 절연 및 소멸(extinguishing)의 분야에 관한 것이다.
더 정확히, 아킹(arcing) 동안 형성되는 일산화탄소를 흡착하는 흡착기를 포함하는 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기(high-voltage circuit breaker)에 관한 것이다.
아크 블래스트(arc-blast) 회로 차단기는 아크 접점(arcing contact)들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와 아크 접점들이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서, 서로에 대해 축방향으로(axially) 이동가능한 적어도 2개의 아크 접점들로 구성된다. 회로 차단기에서, 전류는 일반적으로 아크 접점들을 분리함으로써 차단된다. 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치까지, 전기 아크가 접점들 사이에 형성될 가능성이 있다. 전기 아크를 차단하기(interrupt) 위해, 절연성 유전 가스(insulating dielectric gas)가 아크에 분사되어, 아크를 냉각 및 소멸시키는 것을 가능하게 한다.
현재, 이러한 유형의 회로 차단기들에 가장 많이 사용되는 아크 제어 가스는 6불화황(SF6)인데, 이는 이 가스의 탁월한 물리적 특성들 때문이다. 그러나 SF6은, 특히 지구 온난화 지수(GWP: Global Warming Potential)가 높은 매우 강력한 온실 가스라는 주요 결점을 나타낸다.
아크 제어 가스로서의 SF6의 사용에 대한 대안들 중, 건조한 공기나 또한 질소와 같은, SF6의 지구 온난화 지수보다 낮은 지구 온난화 지수의 다양한 가스들이 알려져 있다.
특히 유리한 아크 제어 가스는 이산화탄소(CO2)인데, 이는 이산화탄소(CO2)의 강력한 전기 절연성 및 아크 소멸 능력들 때문이다. 또한, CO2는 무독성(non-toxic)이고, 불연성(non-flammable)이고, GWP가 매우 낮으며, 구하기도 쉽다.
CO2는 "벡터 가스(vector gas)"로 지칭되는 주 가스(main gas)를 구성하는 가스 혼합물의 형태로 또는 단독으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 플루오르화 가스 x%와 CO2 (100-x)% (x≤10%)의 혼합물인, g3(또는 'green gas for green')이라는 이름으로 Alstom사에 의해 일반적으로 시판되는 가스 매체가 SF6을 대체하는 데 적합하다. 가스 혼합물은, SF6과 비견되거나, SF6보다 훨씬 더 우수한 소멸 능력들을 나타내고, 환경에 거의 영향을 미치지 않거나 전혀 영향을 미치지 않고[SF6의 GWP보다 98% 낮은 지구 온난화 지수(GWP)], 산업 규모면에서 스위치기어를 제조하는 데 사용하는 비용과 양립할 수 있는 비용이 들며, 인간과 동물에게 무독성이다.
그러나, 아크 방전에 의한 분해 후 재결합하는 특성을 갖는 SF6과는 대조적으로, CO2는 완전히 재결합하지 않는데, 즉 상당량의 유독 가스인 일산화탄소(CO)와 탄소 분말을 생성한다. 따라서 CO의 중화(neutralization)는 중요한 문제이다. 일산화탄소의 중화는 기판의 표면 상에 일산화탄소를 흡착[트랩핑(trapping)]하는 것으로 수행될 수 있다.
CO 흡착은 제올라이트(zeolite)로 또는 금속 유기 구조체(MOF: Metal-Organic Framework) 재료로 달성될 수 있다.
이 첫 번째 해결책의 단점은, 제올라이트가 절연성 CO2 가스도 흡착함에 따라 제올라이트가 CO를 충분히 제거할 수 없다는 사실에 있다.
MOF들은 미세다공성 고체(microporous solid)들이며, 유기 리간드(organic ligand)들에 배위된(coordinated) 금속 원자들의 다차원 구조물(multidimensional structure)들이다. MOF들은 매우 높은 내부 표면적을 갖고 기공 채널(pore channel)들이 정렬된 구조적 재료들이며, 이는 MOF들을 가스 저장에 대해, 특히 H2, CH4와 같은 작은 가스 분자들에 대해 매우 매력적이게 한다. 그러나, 시장에 조금 존재하는 MOF들은 CO2 대신 CO에 대해 선택적인 것으로 입증되었다.
US 2012/0031268에서, SO2, NH3, Cl2 및 CO와 같은 가스 오염물들은, 상이한 MOF들: 테레프탈레이트, 2-아미노테레프탈레이트, 벤젠-1,3,5-트리스(4-벤조에이트), 및 디아세틸렌-1,4-비스-(4-벤조산)에 의해 결합된 Zn4O(CO2)6 클러스터; 트라이메스산(trimesate)에 의해 결합된 Cu2(CO2)4 클러스터; 및 2,5-디하이드록시테레프탈레이트에 의해 결합된 1D Zn2O2(CO2)2 체인들과 함께 포착되었다. 그러나, 일산화탄소 돌파 곡선(breakthrough curve)들은 블랭크 샘플 셀(blank sample cell)에 대해 측정된 돌파 곡선들과 다르지 않다.
문헌 US 2008/0227634에, 중합체와 결합된 MOF 화합물이 일산화탄소와 같은 가스를 흡착시키기 위해 사용될 수 있다고 언급되어 있다. 구조체 재료는 적어도 하나의 금속 이온에의 배위에 의해 결합된 적어도 하나의 이좌배위(bidentate) 유기 화합물을 포함한다. 재료의 기공들은, 재료가 가스의 저장 및 또한 분리에서 향상된 특성들을 갖도록, 가스를 흡수하는 데 적합한 중합체를 포함한다.
문헌 US 2016/0250618에서, 4,6-디옥시도-1,3-벤젠디카르복실레이트계 결합 모이어티(moiety)들의 산화물 및/또는 카르복실레이트 결합 클러스터들을 포함하는 MOF가, 암모니아, 아르곤, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 메탄을 포함하는 가스들과 같은 가스 분자들을 저장 및/또는 분리하기에 적합하다고 나타내어져 있다.
이 문헌들은 전반적으로 MOF들 및 연루된(implicated) 리간드들의 합성에 초점을 맞추고 있다. 이들 중, 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기의 동작 조건(즉, 105℃보다 낮은 온도)들에서 CO2에서의 CO의 선택적 흡착을 위한 MOF들의 연구는 없다.
본 발명은, 저온(약 100℃ 아래)에서, 주로 CO2로 형성된 가스 혼합물에서 CO 가스를 선택적으로 흡착하는 재료를 포함하는 회로 차단기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
재료는 가스의 모든 다른 성분들에 대해 불활성이여야 하고, 다른 성분들에 비해 실현가능한 비용이 들고 CO에 대한 선택도가 우수해야 한다.
이 목적들은 인클로저(enclosure)를 포함하는 회로 차단기를 제공하는 본 발명에 의해 달성되고, 인클로저는,
- 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 적어도 2개의 아크 접점들로서, 아크 접점들이 서로 분리되는 회로 차단기의 개방 위치와 아크 접점들이 서로 접촉하는 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서, 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 것인, 적어도 2개의 아크 접점들,
- 회로 차단기의 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 아크 접점들의 이동 동안 형성될 가능성이 있는 전기 아크를 차단하기 위해, 아크 제어 가스 - 아크 제어 가스는 적어도 80%의 이산화탄소를 포함함 - 를 송풍하도록 구성된 가스 유입구를 포함하며,
인클로저는, 아킹 동안 이산화탄소의 이온화 후에 형성되는 일산화탄소를 흡착하는 흡착 재료를 더 포함하며, 흡착기는, 니켈 및/또는 철을 포함하는 금속 유기 구조체이다.
금속 유기 구조체(MOF)는 2 개의 성분들: 적어도 유기 리간드에 결합된 금속 이온들의 클러스터 또는 금속 이온으로 구성된다. MOF는 2 차원 구조물 또는 3 차원 구조물을 형성하기 위해 여러 리간드들을 포함할 수 있다. 금속 및 리간드의 선택은 MOF의 구조[다공도(porosity), 크기] 및 특성들에 상당한 영향을 미친다. 본 발명자들은, 니켈 및/또는 철을 함유한 MOF가, 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기의 동작 조건들에서 현저한 흡착 특성들을 나타낸다는 것을 강조했다.
이 재료는 저온(200℃ 아래, 바람직하게는 105℃ 아래)에서도 일산화탄소의 중화를 가능하게 한다.
이 재료는 이산화탄소 대신 일산화탄소를 선택적으로 흡착하고 보존한다. 플루오르화 화합물은 이 재료들에 흡착되지 않는다.
종래 기술에서 설명된 바와 같이, 흡착 중합체를 첨가할 필요는 없다.
절연 가스의 성공적인 정화는 그 특성들을 유지하고 그 수명을 향상시킨다.
또한, 이 재료는 규모에서의 어떠한 증가 없이 그리고 비용에서의 어떠한 현저한 증가 없이 회로 차단기에 장착하기에, 즉 제조 공정의 측면들에서 적합하다.
바람직하게, 금속 유기 구조체는 입자들의 형태이다. 이는 표면적을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
바람직하게, 입자들은 1mm 내지 10mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm의 직경을 갖는다. 그러한 크기의 입자들을 종래의 그리고 저비용 방법들에 의해 얻는 것은 비교적 쉽다.
다른 실시예에 따르면, 흡착 재료는 근청석 기판(cordierite substrate) 또는 알루미노실리케이트 기판과 같은 세라믹 기판에 의해 지원된다. 세라믹 기판들은 회로 차단기 응용들에 적합한 높은 열저항(thermal resistance)을 갖는다.
바람직하게, 아크 제어 가스는 이산화탄소(CO2)로 구성된다.
본 발명의 제 2 변형예에서, 아크 제어 가스는 CO2 및 2,3,3,3-테트라플루오로-2-(트리플루오로메틸)-2-프로판나이트릴, 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)-2-부탄온, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 또는 플루오로옥시란과 같은 적어도 하나의 플루오로화 화합물을 포함하는 가스 혼합물이다.
흡착 재료는 상이한 아크 제어 가스들 내의 일산화탄소를 중화시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 위에서 정의된 바와 같이, 회로 차단기를 포함하는 공기 절연 스위치기어(AIS: Air-Insulated Switchgear)를 제공한다.
본 발명은 또한, 위에서 정의된 바와 같이, 회로 차단기를 포함하는 가스 절연 스위치기어(GIS: Gas-Insulated Switchgear)를 제공한다.
본 발명은 본 발명에 따른 회로 차단기에 관하여 이하에 제공된 추가 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있다.
그러나 당연히, 이러한 추가 설명은 단지 본 발명의 예시적인 예로 주거질 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
회로 차단기는 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기이다.
위에서 그리고 아래에서, 용어들 "중간 전압" 및 "고전압"은 통상적으로 허용되는 방식으로 사용되는데, 즉 용어 "중간 전압"은 7.2kV 내지 52kV 범위에 있는 전압을 지칭하는 반면, 용어 "고전압"은 52kV 내지 800kV 범위에 있는 전압을 지칭한다.
회로 차단기는 인클로저 내부에 하우징되는 특정 수의 전기적 그리고/또는 기계적 성분들을 갖는 폐쇄된 인클로저를 포함한다. 인클로저는 누설 밀봉(leak-tight) 인클로저이다.
인클로저의 체적(volume)은 50L 내지 1,000L일 수 있다.
인클로저는 아크 제어 가스를 전기 아크 상에 송풍하여 이를 소멸시키도록 구성된 가스 유입구를 포함한다. 가스는 노즐에 주입될 수 있다. 인클로저는 또한 가스 배출구를 포함한다.
흡착 재료는, CO 분자들을 함유하는 가스 흐름과 접촉하도록 배치된다. 흡착 재료는 아크 접점들에 근접하게 위치될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 흡착 재료는 회로 차단기의 가스 배출구에 위치된다.
회로 차단기 내의 아크 제어 가스는 유전 절연 가스이다.
아크 제어 가스는, 적어도 80 체적%의, 바람직하게는 적어도 90 체적%의 이산화탄소를 함유한다. 예를 들어, 아크 제어 가스는, 이산화탄소(80%~100%)와 하나 이상의 플루오르화 화합물(0%~20%)의 혼합물일 수 있다. 바람직하게, 아크 제어 가스는, 이산화탄소(90%~97%, 바람직하게는 90%~96%)와 하나 이상의 플루오르화 화합물(3%~10%, 바람직하게는 4%~10%)의 혼합물이다. 예시적인 목적으로, 플루오르화 화합물은 Novec 4710[화학식 (CF3)2CFCN인 2,3,3,3-테트라플루오로-2-(트리플루오로메틸)-2-프로판니트릴] 또는 Novec 5110[화학식 CF3C(O)CF(CF3)2인 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)-2-부탄온]이라는 명칭으로 Alstom사에 의해 상품화된 화합물일 수 있다. 또한, 아크 제어 가스는, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf), 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze) 또는 플루오로옥시란일 수 있다.
헵타플루오로이소부틸로니트릴 및 테트라플루오로메탄과 같은 2개의 플루오르화 화합물들이 또한 연관되어 사용될 수 있다.
흡착 재료가 더 낮은 양의 CO2를 갖는 가스에 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 가스 혼합물 내에 CO2가 있는 한, 고전압 회로 차단기에서 아킹으로 인해 CO가 형성될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 가스 혼합물은 산소를 포함한다. 산소는 유해 부산물들의 감소를 더욱 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물은 적어도 80%의 이산화탄소와 산소의 혼합물을 함유한다. 여기서, 산소 함량은 바람직하게 1% 내지 25%의 범위이다.
다른 실시예에서, 가스는 이산화탄소로 구성될 수 있다.
아크 제어 가스는 무산소이다. 무산소에 의해, 아크 제어 가스가 0.1 체적%, 바람직하게는 0.02 체적% 미만의 산소 가스를 함유한다는 점이 이해되어야 한다.
바람직하게는, 유전 절연 가스는, 장비의 이용 온도에 관계없이, 완전한 가스 형태로 장비 내에 존재한다. 그러므로, 장비 내부의 가스의 압력이 장비의 최저 이용 온도에서 가스에 의해 나타나는 포화 증기압(SVP: Saturated Vapor Pressure)의 함수로서 선택되는 것이 바람직하다.
아킹 동안, 이산화탄소가 일산화탄소로 이온화된다. 형성된 CO의 양은 동작의 물리적 상태들 및 공정에 포함된 화학적 반응에 의존한다. 수 ppm에서 몇 %까지 다양하며, 예를 들어, 1ppm에서 5%까지 다양하다.
일산화탄소 중화는 흡착 재료를 사용하여 달성된다. 흡착 재료는 MOF이다.
전기 아크가 소멸되고 일산화탄소가 형성될 때마다, 흡착 재료는 일산화탄소를 흡착한다.
MOF의 성능 및 적용은 금속에 그리고 리간드에 의존한다. 선택도는 10%(CO에 대한 매우 낮은 선택도)와 100%(CO의 독점적인 흡착) 사이에서 진전될 수 있다. 본 발명에서, 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기의 동작 조건들에서 CO2 대신 CO에 대해 선택적이도록 MOF들의 구조가 수정되었다.
철 및/또는 니켈을 함유한 MOF는 CO 및 CO2를 포함하는 가스 혼합물 내의 CO에 대한 흡착 선택도를 나타낸다.
이 테스트들은 MOF와 접촉하는 샘플(가스 혼합물)을 함유하는 기밀 테스트 셀(airtight test cell) 내의 CO(및 CO2) 양의 진전(evolution)을 분/시간/일 동안 추적하는 것으로 구성된다. 본 발명의 몇몇 MOF 재료들이 분광법(spectroscopy) 및 가스 크로마토그래피(gas chromatography)를 사용하여 성공적으로 수행 및 테스트되었다.
흡착 재료는 입자들의 분말일 수 있다. 입자들은 수 mm의, 예를 들어, 1mm 내지 10mm의, 바람직하게는 1mm 내지 5mm의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 MOF 재료는 임의의 적합한 기판들의 표면에 코팅될 수 있다.
바람직하게, 기판은 높은 비표면(specific surface)을 제공한다. 예를 들어, 기판은 "벌집(honeycomb)" 또는 "모놀리식(monolithic)" 형상을 갖는 기판일 수 있다. 벌집 형상 구조는 또한 탄소 분말을 포집하는 데 유용하다.
기판은 근청석 기판 또는 알루미노실리케이트 기판과 같은 세라믹 기판일 수 있다.
대안적으로, 중화 재료가 펠릿(pellet)들 또는 입자들 등과 같은 미립자 지원체 상에 분산될 수 있다.
이러한 종류의 MOF들은 중간 전압 또는 고전압 회로 차단기에 인시추(in situ)로 사용될 수 있다.
전기 아크가 형성될 때, 인클로저 내부에 가스 상태로 존재하는 CO2의 분율(fraction) 중 일부는 더 작은 분자 질량의, 따라서 CO2보다 더 작은 크기의 분자종(molecular species)으로 분해된다. 이는, CO2의 분압을 SVP 아래로 낮추면서, 인클로저 내부에 존재하는 총 압력을 높이는 효과를 갖는다. 이 방식으로 따라서 형성된 일산화탄소 분자들은 흡착 재료에 의해 트랩핑되고, 이는 CO2의 분압을 SVP와 동일한 값으로 되돌리는 효과를 갖는다.
당업자는 처리될 CO 가스의 체적 및 회로 차단기의 포함된 인클로저의 내부 기하구조에 따라 적절한 양의 흡착 재료를 선택할 수 있을 것이다. 예를 들어, 흡착 재료의 양은, 회로 차단기의 수명 동안 시뮬레이션된 아킹 후 회로 차단기 내에 형성된 CO의 잠재적 양의 함수로서 계산된다. 이는 아킹의 에너지 따라서 회로 차단기 유형에 의존한다. 예시적인 목적으로, 20년마다의 유지보수가 예상될 수 있고, 이 기간 동안 회로 차단기가 개방되고 이때 필요하다면, 흡착 재료가 새로운 것으로 교체될 수 있다.
본 발명에 따른 회로 차단기의 구조는 컴팩트 구조를 갖는다. 전술한 다양한 실시예들의 개념들은, 예를 들어, 축 방향 또는 횡 방향 블래스트 유형의 또는 혼합된 횡 방향 블래스트 유형의 차단 챔버(interruption chamber)를 구비한 회로 차단기와 같은 다양한 종류의 회로 차단기에 효과적으로 적용될 수 있다.
예시적인 목적으로, 회로 차단기는 CO2 가스 전기 절연체를 이용하는 임의의 전기 디바이스, 즉, 전기 변압기, 전기 수송 또는 분배 라인, 한 세트의 버스바(busbar), 스위치, 커넥터/디스커넥터(스위치기어라고도 지칭됨), 퓨즈와 회로 차단기를 결합한 유닛, 접지 스위치 또는 컨택터에 사용될 수 있다.
회로 차단기는 특히, AIS(Air-Insulated Switchgear) 또는 GIS(Gas-Insulated Switchgear)에, 더 바람직하게는 고전압 AIS나 GIS에 유용하다.

Claims (9)

  1. 인클로저(enclosure)를 포함하는 회로 차단기(circuit breaker)에 있어서, 상기 인클로저는,
    서로에 대해 축방향으로(axially) 이동가능한 적어도 2개의 아크 접점(arcing contact)들로서, 상기 아크 접점들이 서로 분리되는 상기 회로 차단기의 개방 위치와 상기 아크 접점들이 서로 접촉하는 상기 회로 차단기의 폐쇄 위치 사이에서, 서로에 대해 축방향으로 이동가능한 것인, 상기 적어도 2개의 아크 접점들,
    상기 회로 차단기의 상기 폐쇄 위치로부터 상기 개방 위치로의 상기 아크 접점들의 이동 동안 전기 아크(electrical arc)를 차단하기(interrupt) 위해, 아크 제어 가스 - 상기 아크 제어 가스는 적어도 80%의 이산화탄소를 포함하고 산소가 없음 - 를 지향시키도록 구성된 유입구(inlet)
    를 포함하고,
    상기 인클로저는, 아킹(arcing) 동안 이산화탄소의 이온화 후에 형성되는 일산화탄소를 흡착하는 흡착 재료를 더 포함하며, 상기 흡착 재료는, 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함하는 금속 유기 구조체(Metal-Organic Framework)인 것인, 회로 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 유기 구조체는 입자들의 형태인 것인, 회로 차단기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 입자들은 1 mm 내지 10 mm의 직경을 갖는 것인, 회로 차단기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 재료는 세라믹 기판에 의해 지원되는 것인, 회로 차단기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아크 제어 가스는 이산화탄소(CO2)로 구성되는 것인, 회로 차단기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아크 제어 가스는, CO2 및 적어도 하나의 플루오르화 화합물을 포함하는 가스 혼합물인 것인, 회로 차단기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플루오르화 화합물은, 2,3,3,3-테트라플루오로-2-(트리플루오로메틸)-2-프로판나이트릴, 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)-2-부탄온, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 플루오로옥시란 중에서 선택되는 것인, 회로 차단기.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 정의된 회로 차단기를 포함하는, 공기 절연 스위치기어(air-insulated switchgear).
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 정의된 회로 차단기를 포함하는, 가스 절연 스위치기어(gas-insulated switchgear).
KR1020197036466A 2017-05-18 2018-05-16 Co 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기 KR102603005B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17290064.9A EP3404687A1 (en) 2017-05-18 2017-05-18 A circuit breaker comprising a metal-organic framework material for co adsorption
EP17290064.9 2017-05-18
PCT/EP2018/062755 WO2018210938A1 (en) 2017-05-18 2018-05-16 A circuit breaker comprising a metal-organic framework material for co adsorption

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200006567A KR20200006567A (ko) 2020-01-20
KR102603005B1 true KR102603005B1 (ko) 2023-11-15

Family

ID=58992777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197036466A KR102603005B1 (ko) 2017-05-18 2018-05-16 Co 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11554341B2 (ko)
EP (1) EP3404687A1 (ko)
JP (1) JP7102447B2 (ko)
KR (1) KR102603005B1 (ko)
CN (1) CN110637351A (ko)
WO (1) WO2018210938A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3797857A1 (en) 2019-09-30 2021-03-31 General Electric Technology GmbH Method and apparatus for recycling heptafluoroisobutyronitrile
EP4134984A1 (en) * 2020-04-10 2023-02-15 Agc Inc. Dielectric, dielectric composition and use therefor, electronic device, and supply method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014124053A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Toshiba Corp 電力用ガス絶縁機器
JP2015060682A (ja) * 2013-09-18 2015-03-30 株式会社東芝 ガス絶縁開閉器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005054523A1 (de) 2005-11-14 2007-05-16 Basf Ag Poröses metallorganisches Gerüstmaterial enthaltend ein weiteres Polymer
JP5127569B2 (ja) * 2008-05-29 2013-01-23 株式会社東芝 ガス絶縁開閉器
WO2010088629A1 (en) 2009-02-02 2010-08-05 The Regents Of The University Of California Reversible ethylene oxide capture in porous frameworks
JP5238622B2 (ja) * 2009-06-17 2013-07-17 株式会社東芝 ガス絶縁機器、および、その製造方法
RU2621900C2 (ru) * 2010-12-14 2017-06-08 Абб Текнолоджи Аг Диэлектрическая изолирующая среда
WO2012122233A2 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 The Regents Of The University Of California Metal-organic framework adsorbants for composite gas separation
KR101330544B1 (ko) 2011-07-28 2013-11-18 현대제철 주식회사 소재 형상 측정장치
FR2995462B1 (fr) * 2012-09-10 2014-09-05 Alstom Technology Ltd Appareil electrique moyenne ou haute tension a faible impact environnemental et a isolation hybride
EP2904616A1 (en) * 2012-10-01 2015-08-12 ABB Technology AG Electrical insulator comprising an organofluorine compound and method for producing it
JP2014179301A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Toshiba Corp 電力用ガス絶縁機器及びその運転方法
JP2015073348A (ja) * 2013-10-02 2015-04-16 株式会社東芝 電力用ガス絶縁機器
US10035127B2 (en) 2013-11-04 2018-07-31 The Regents Of The University Of California Metal-organic frameworks with a high density of highly charged exposed metal cation sites
WO2015071303A1 (en) * 2013-11-12 2015-05-21 Abb Technology Ag Water and contamination absorber for c02 insulated electrical apparatus for the generation, transmission, distribution and/or usage of electrical energy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014124053A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Toshiba Corp 電力用ガス絶縁機器
JP2015060682A (ja) * 2013-09-18 2015-03-30 株式会社東芝 ガス絶縁開閉器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018210938A1 (en) 2018-11-22
US20200179864A1 (en) 2020-06-11
JP7102447B2 (ja) 2022-07-19
EP3404687A1 (en) 2018-11-21
US11554341B2 (en) 2023-01-17
JP2020520627A (ja) 2020-07-09
KR20200006567A (ko) 2020-01-20
CN110637351A (zh) 2019-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102084820B1 (ko) 유기 불소 화합물을 포함한 유전성 절연 가스를 담은 장치
KR102595009B1 (ko) Co2로의 co 전환을 위한 세리아계 촉매를 포함하는 회로 차단기
KR20150143853A (ko) 전기 장치에 오염 감소 요소를 제공하기 위한 프로세스
US20180005727A1 (en) Apparatus containing a dielectric insulation gas comprising an organofluorine compound
KR102603005B1 (ko) Co 흡착용 금속 유기 구조체 재료를 포함하는 회로 차단기
EP3249656B1 (en) Electrical insulation system for medium- and high-voltage electrical switchgear
EP2904617B1 (en) Apparatus containing a dielectric insulation gas comprising an organofluorine compound
EP3671764B1 (en) Low environmental impact electrical insulation system for medium and high voltage electrical switchgear
JP7228714B2 (ja) ガス絶縁機器
JP2015060682A (ja) ガス絶縁開閉器
CN117941014A (en) Electrical device for generating, transmitting and/or distributing electrical energy
WO2024032959A1 (en) Electric apparatus for the generation, the transmission and/or the distribution of electrical energy
JP2022131876A (ja) ガス絶縁電力機器
WO2020225911A1 (ja) 絶縁ガス用吸着剤及びガス絶縁電力機器
Lussier et al. Interaction of SOF/sub 2/with alumina and zeolite 4A: a comparative study
EP2989702A1 (en) Process for providing a contamination-reducing component to an electrical apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant