KR20180125021A - 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치, 특히 전기 스위칭 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치, 특히 전기 스위칭 디바이스에 관한 것이며, 상기 장치는 절연 공간 (6) 을 둘러싸는 하우징 (4) 과 절연 공간 (6) 내에 배치되는 전기 도전부 (8) 를 포함하며, 상기 절연 공간 (6) 은 이산화 탄소와 산소를 포함한 유전성 유체를 포함한다. 본 발명은, 장치 내에, 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩되고 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 서빙하는 귀금속 입자들을 포함하는, 산화 촉매 (201; 202; 203) 가 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치, 특히 전기 스위칭 디바이스
본 발명은 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치에 관한 것이며, 특히 전기 스위칭 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 장치에서, 특히 스위칭 디바이스에서, 더 상세하게는 회로 차단기에서, 그리고 구체적으로는 고전압 회로 차단기에서, 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩된 귀금속 입자들을 포함하는 산화 촉매의 사용에 관한 것이다.
기존의 회로 차단기들에서, 전류 차단 동작 동안 형성된 아크는 유전성 가스를 사용하여 소멸되며, 따라서 이 가스는 "아크 소멸 (arc-extinction) 가스" ("아크 ?칭 (arc-quenching) 가스" 또는 "스위칭 가스"라고 또한 지칭됨) 로서 기능을 한다.
이 목적을 위해, 회로 차단기는 하나 이상의 직렬-접속된 스위칭 챔버들을 포함하는데, 그 스위칭 챔버들은 아크 소멸 가스로 채워지고 예컨대, 자가 블라스팅 (self-blasting) 메커니즘 또는 기존의 불기 지원 (puffer assisted) 메커니즘에 의해, 예컨대, 아킹 지역에서 발생된 아크를 소호 (arc extinguishing) 하기 위한 기존의 원리들 중 하나로 작동한다.
예를 들어, EP 0 836 209호는, 아크 소멸 가스로 채워진 스위칭 챔버를 포함하는 회로 차단기를 개시한다. 차단 동작 동안, 아크가 두 개의 주접촉부들 사이에서 발생되고 아크 소멸 가스에 의해 ?칭 (quenching) 된다. 아킹 지역에서 생성되는 고온 및 이온화된 가스들은, 자가 블라스트 볼륨 내에 저장되고 ?칭 공정을 지원하는 알려진 방식으로 나중에 사용되는 고온 가스들의 부분과 함께, 하류, 즉, 배기 볼륨 방향으로 이송된다. 나머지 고온 가스들은 튜브형 메인 아킹 접촉부들을 통해 배기 볼륨 속으로 이송된다.
통상적으로, 헥사플루오라이드 (SF6) 가 아크 소멸 가스로서 사용된다. SF6는 안정하며, 무해하고 불연성이고 현저히 높은 유전성 절연 능력들뿐만 아니라 소호 능력들을 가진다. 이들 특성들에도 불구하고, 대체 유전성 유체를 찾는 노력들이 그럼에도 불구하고, 특히 SF6의 것보다 더 낮은 지구 온난화 지수 (Global Warming Potential) (GWP) 의 관점에서, 강화되었다.
예를 들어, US 2012/0085735호는 CO2를 절연 가스로서 사용한 가스 회로 차단기를 개시한다. 전력 송전/배전 및 변전 디바이스들을 위한 절연 가스로서 CO2에 의한 SF6의 대체가 EP 2 779 195호에서 추가로 제안된다.
US 2012/0085735호 및 EP 2 779 195호 둘 다는 CO2가 절연 가스로서 사용되는 경우, CO가, 특히 아킹 동안, CO2의 해리로 인해 발생된다는 문제를 논의한다. SF6의 해리 생성물들과는 대조적으로, CO는 CO2에 쉽사리 재결합되지 않으며, 따라서 시간 경과에 대해 가스의 절연 또는 아크 소멸 성능의 감소로 이어진다. 덧붙여서, CO는 누적되며, 이는 - 그것의 높은 독성 및 가연성 때문에 - 심각한 안전 문제들을 제기한다. 그런고로, 장치 내부의 CO의 농도를 제어하고 제거하는 것이 바람직하다.
CO2를 포함하는 절연 가스를 사용하여 가스 절연 장치에서 절연 또는 소호 성능의 감소를 억제하기 위하여, US 2012/0085735호는 절연 가스에 배치된 제올라이트의 사용을 제안한다. US 2012/0085735호에 따르면, 제올라이트는 CO를 흡착하고 따라서 용기 내의 CO 가스의 농도에서의 증가를 억제한다. CO2 분자들이 회로 차단기의 사용 전에 제올라이트에 흡착되는 바람직한 경우, CO 분자들의 흡착은 US 2012/0085735호에 따르면 사전 흡착된 CO2 분자들과의 분자 상호교환으로 이어지며, 사전 흡착된 CO2 분자들은 해방되고 따라서 해리된 CO2 분자들을 보상한다. 그러나 실제로는, US 2012/0085735호에서 제안된 분자 상호교환은 실용적이지 못하다고 밝혀졌는데, CO2가 제올라이트에 대해 CO보다 더 강한 흡착을 나타내기 때문이다.
US 2012/0085735호에 더하여, 또한 JP 2014 124053호는 흡착에 의해 CO의 양을 낮추는 것을 시도하고 이 목적으로 CO를 선택적으로 흡착하는 흡착기를 배치할 것을 제안한다.
대안적으로, EP 2 779 195호는 아크에 의해 발생되는 고온 스트림에 접하는 부분에서의 금속 산화물의 사용을 제안한다. 구체적으로, 그 금속 산화물은 CO를 CO2로 산화시키는 산화제로서 역할을 한다. 그러나, 금속 산화물의 산화 용량은, 금속 산화물이 환원되고 따라서 소모되기 때문에, 시간이 지남에 따라 감소한다. 장치의 안전한 동작을 보장하기 위하여, 금속 산화물의 존재 및 산화 용량은 정기적으로 체크되고, 필요하다면, 교체되어야만 한다.
JP 2014 200155호는 CO가 CO2를 아크 소멸 가스로서 사용하는 가스 절연 스위치기어에서 발생되는 문제를 다루고, 이 점에서, 아크에 의해 발생되는 CO 가스와 접촉하는 산화층이 제공될 것을 제안한다.
아킹 이벤트 동안 생성된 일산화 탄소의 양을 감소시키는 문제는 JP2015 073348호에서 더 다루어지는데, 이 공보는 이산화 탄소를 절연 가스로서 사용하는 것과 절연 공간 중의 절연 가스를 절연 공간과는 분리되는 흡착 용기 또는 반응 용기 속으로 안내하는 것을 제안한다. 그러면, 일산화 탄소가 각각 흡착 용기 내의 또는 반응 용기 내의 이산화 탄소로 흡착되거나 또는 산화되고, 따라서 전기 장치의 절연 공간 외부에 있다.
위에서 언급된 단점들을 고려하여, 본 발명의 과제는 그러므로 간단하고 안전한 방식으로 오랜 시구간에 걸쳐 CO의 누적을 억제하는 것을 허용하는, 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치를 제공하는 것이다.
아크 소멸 매체로서 또는 아크 소멸 매체의 부분으로서 CO2가 사용되는 전기 스위칭 디바이스의 특정 경우, 스위칭 디바이스는 아크 소멸 매체에서 CO2 농도를 유지하는 것과 따라서 자신의 절연 및 소호 성능을 보존하는 것을 허용한다.
특히 EP 2 779 195호에서 설명된 기술의 견지에서, 위에서 언급된 목적은 장치의 재료를 변경하거나 또는 소비하는 일 없이 성취 가능하다.
그 과제는 독립 청구항들에 따른 장치 또는 촉매의 사용에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들 또는 청구항 조합들에서 정의된다.
제 1 항에 따르면, 본 발명은 따라서 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치에 관련되는데, 상기 장치는 절연 공간을 둘러싸는 하우징과 절연 공간 내에 배치되는 전기 도전부를 포함한다. 절연 공간은 이산화 탄소와 산소를 포함하는 유전성 유체를 포함한다. 그 장치는, 그 장치 내에, 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩되고 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 서빙하는 귀금속 입자들을 포함하는, 산화 촉매가 배치되는 것을 특징으로 한다. 특히, 촉매 산화는 장치의 동작 동안 또는 장치의 동작 조건들 하에서 일어난다.
구체적으로, 산화 촉매는 그러므로 장치의 절연 공간 내부에, 더 구체적으로는 절연 공간 내에 포함되는 절연 유체와의 직접 접촉을 허용하는 방식으로 배열된다. 따라서, 절연 유체 내에 포함되는 일산화 탄소 및 산소 둘 다는 산화 촉매에 결합됨으로써, 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 산화의 촉매반응이 전기 장치의 절연 공간 내에서 직접적으로 발생하는 것을 허용한다.
절연 공간 내에 배치되고, 따라서, 이산화 탄소 외에도 또한 산소를 포함하는 유전성 유체에 직접 접촉하는 산화 촉매를 포함함에 있어서, 본 발명은 JP 2015 073348에 설명된 기술과는 확실히 구별되는데, 그 공보에 따르면 절연 가스는 절연 공간으로부터 절연 공간과는 분리된 반응 용기 속으로 흐르도록 강제된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 장치는 그러므로 절연 공간과는 분리되는 그리고 일산화 탄소로부터 이산화 탄소로의 산화가 발생하는 것을 위한 특별히 설계된 반응 용기가 없다.
게다가, 귀금속 입자들을 포함하는 산화 촉매를 가짐에 있어서, 본 발명의 장치는, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Fe, V 또는 Cr, 즉, 비귀금속들을 포함하는 산화제층을 사용하는 JP 2014 200155에 설명된 기술과는 또한 확실히 대조된다. 또한 본 출원의 우선일 뒤의 공개 날짜를 갖는 JP 2016 063579호는, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Fe, V 또는 Cr을 포함하는 산화제층을 개시하지만, 귀금속 입자들을 포함하는 산화 촉매를 개시하지 않는다.
본 발명의 특정 실시형태에 따르면, 산화 촉매는 Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Fe, V 또는 Cr을 포함하는 산화제층이 없다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명의 장치는 전기 스위칭 디바이스이다. 따라서 특히, 본 발명은 서로에 대해 이동 가능하고 그것들 사이에서 아킹 지역을 정의하는 적어도 두 개의 아킹 접촉부들을 포함한 적어도 하나의 스위칭 챔버를 포함하는 전기 스위칭 디바이스에 관한 것인데, 그 아킹 지역에서 아크가 전류 차단 동작 동안 형성되며, 상기 스위칭 챔버의 적어도 부분은 아크를 ?칭하기 위한 그리고 유전체 절연을 제공하기 위한 유전성 유체로 채워지고, 상기 유전성 유체는 이산화 탄소와 산소를 포함하며, 스위칭 디바이스 내에 산화 촉매가 배치되고, 산화 촉매는 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩되고 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 서빙하는 귀금속 입자들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 촉매 산화는 전기 스위칭 디바이스의 동안 동작 또는 전기 스위칭 디바이스의 동작 조건들 하에서 일어난다.
자신의 기본 기능에 의존하여, 유전성 유체는 절연 유체 및/또는 아크 소멸 유체를 형성한다. 통상적으로, 유전성 유체는 적어도 하나의 유전체 화합물을 캐리어 가스와 조합하여 포함한다.
위에서 언급된 바와 같이, 유전성 유체는 이산화 탄소와 산소를 포함한다. 산소가 캐리어 가스의 성분이지만, 이산화 탄소는 유체의 유전체 화합물로서도 또는 캐리어 가스의 성분으로서도 기능을 할 수 있다.
산소를 유전성 유체에, 특히 아래에서 더 상세히 특정되는 양들로 신중히 첨가함에 있어서, 아킹 동안 그을음 (soot) 형성을 방지하는 것에 대해, 본 발명은 JP 2015 073348호에 개시된 바와 같은 전기 장치와는 확실히 구별되는데, 그 공보에 따르면 산소는 CO2 해리의 부산물로서만 존재할 수도 있고 각각의 금속 산화물에 대해 하우징 내에 포함된 금속과 반응시킴으로써 소비되도록 지정된다.
CO2가 캐리어 가스 성분인 경우, 유전성 유체는 유전체 화합물, 이를테면 SF6 및/또는 유기불소 화합물을 더 포함한다. 실시형태들에서, 유기불소 화합물은 플루오로에테르, 특히 하이드로플루오로모노에테르, 플루오로케톤, 특히 퍼플루오로케톤, 플루오로올레핀, 특히 하이드로플루오로올레핀, 플루오로니트릴, 특히 퍼플루오로니트릴, 및 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물이다.
추가의 실시형태들에서, 유기불소 화합물은 네 개부터 열 두개까지의 탄소 원자들을 포함하는, 바람직하게는 정확히 다섯 개 탄소 원자들 또는 정확히 여섯 탄소 원자들 또는 그 혼합물들을 포함하는 플루오로케톤이다. 여섯 개를 초과하는 탄소 원자들이 있는 더 큰 사슬 길이를 갖는 플루오로케톤들과 비교하여, 다섯 개 또는 여섯 개 탄소 원자들을 갖는 플루오로케톤들은 상대적으로 낮은 끓는점의 장점을 가진다. 따라서, 액화와 함께 하는 문제들은, 심지어 장치가 저온에서 사용되더라도, 회피될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 바와 같은 "플루오로케톤"이란 용어는 넓게 해석되고 퍼플루오로케톤과 하이드로플루오로케톤 둘 다를 포괄할 것이고, 포화 화합물들 및 불포화 화합물들 양쪽 모두, 즉, 탄소 원자들 사이의 이중 및/또는 삼중 결합들을 포함하는 화합물들을 추가로 포함할 것이다. 플루오로케톤들의 적어도 부분적으로 플루오르화된 알킬 사슬은 선형 또는 가지형일 수 있거나, 또는 옵션적으로는 하나 이상의 알킬기들에 의해 치환되는 고리를 형성할 수 있다. 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 퍼플루오로케톤이다. 추가의 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 가지형 알킬 사슬, 특히 적어도 부분적으로 플루오르화된 알킬 사슬을 가진다. 또 다른 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 완전히 포화된 화합물이다.
추가적인 또는 대체 실시형태들에서, 유기불소 화합물은 적어도 세 개의 탄소 원자들을 포함하는 하이드로 플루오로 모노에테르; 정확히 세 개 또는 정확히 네 개의 탄소 원자들을 포함하는 하이드로플루오로 모노에테르; 적어도 5:8의 불소 원자들의 수 대 불소 및 수소 원자들의 총 수의 비율을 갖는 하이드로플루오로 모노에테르; 1.5:1부터 2:1까지의 불소 원자들의 수 대 탄소 원자들의 수의 비율을 갖는 하이드로플루오로 모노에테르; 펜타플루오로-에틸-메틸 에테르; 2,2,2-트리플루오로에틸-트리플루오로메틸 에테르; 및 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하이드로플루오로에테르이다.
유기불소 화합물은 또한 플루오로올레핀, 특히 하이드로플루오로올레핀일 수도 있다. 더 상세하게는, 플루오로올레핀 또는 하이드로플루오로올레핀은 각각, 적어도 세 개의 탄소 원자들을 포함하거나 또는 정확히 세 개의 탄소 원자들을 포함한다. 추가의 실시형태들에 따르면, 하이드로플루오로올레핀은 따라서 1,1,1,2-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf; 2,3,3,3-테트라플루오로-1-프로펜으로 또한 명명됨), 1,2,3,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yc), 1,1,3,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234zc), 1,1,1,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234ze), 1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234ye), 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225ye), 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yc), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225zc), (Z)1,1,1,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234zeZ); 시스-1,3,3,3-테트라플루오로-1-프로펜), (Z)1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yeZ), (E)1,1,1,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234zeE; 트랜스-1,3,3,3-테트라플루오로-1-프로펜으로 또한 명명됨), (E)1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yeE), (Z)1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yeZ; 시스-1,2,3,3,3 펜타플루오로프로프-1-엔으로 또한 명명됨), (E)1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yeE; 트랜스-1,2,3,3,3 펜타플루오로프로프-1-엔으로 또한 명명됨); 및 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
위에서 언급된 바와 같이, 유기불소 화합물은 또한, 그것의 상대적으로 열악한 환경적 안전성에도 불구하고, 플루오로니트릴, 특히 퍼플루오로니트릴일 수 있다. 특히, 유기불소 화합물은 플루오로니트릴, 구체적으로는 두 개의 탄소 원자들, 세 개의 탄소 원자들 또는 네 개의 탄소 원자들을 포함하는 퍼플루오로니트릴일 수 있다. 더 상세하게는, 플루오로니트릴은 퍼플루오로알킬니트릴, 구체적으로는 퍼플루오로아세토니트릴, 퍼플루오로프로피오니트릴 (C2F5CN) 및/또는 퍼플루오로부티로니트릴 (C3F7CN) 일 수 있다. 대단히 구체적으로, 플루오로니트릴은 퍼플루오로이소부티로니트릴 (화학식 (CF3)2CFCN에 따름) 및/또는 퍼플루오로-2-메톡시프로판니트릴 (화학식 CF3CF(OCF3)CN에 따름) 일 수 있다. 이들 중, 퍼플루오로이소부티로니트릴은 그것의 상대적으로 낮은 독성으로 인해 특히 바람직하다.
그 장치의 사용 중, CO가 형성된다. CO 형성은 스위칭 디바이스에서, 즉 스위칭 동작의 결과로서 발생되는 아크의 소멸 동안, 특히 두드러진다. 이 경우, CO 형성은 유전성 유체에 포함되는 이산화 탄소의 분해에 의해서뿐만 아니라, 통상적으로 C2F4인 노즐 재료의 분해에 의해서도 초래된다.
본 발명에 따르면, 산화 촉매가 장치 내에, 특히 자신의 하우징 내부에, 특히 자신의 기밀 하우징 내부에 배치되는데, 상기 산화 촉매는 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 캐리어 상에 코팅되거나 또는 그 캐리어 내에 임베딩된 귀금속 입자들을 포함한다. 이 촉매는 따라서 산화를 위한 활성화 에너지를 낮춤으로써 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 산화 속도를 증가시킨다.
유전성 유체가 산소를 캐리어 가스 성분으로서 또한 포함하는 추가의 특징이 주어지면, 일산화 탄소는 적당한 온도에서, 그리고 어쨌든 일산화 탄소의 무-촉매 산화를 위해 요구되는 온도인 700℃ 훨씬 아래에서 이산화 탄소로 쉽사리 산화된다.
궁극적으로, 고도로 독성이고 해로운 일산화 탄소는 문제시되지 않는 유전성 이산화 탄소로 변환된다. 이산화 탄소가 유전성 유체의 성분인 경우, 일산화 탄소의 산화는 유전성 유체의 기능성과 따라서 장치의 안전한 작동이 오랜 기간에 걸쳐 유지된다는 추가의 장점을 가진다.
정의상의 촉매가 촉매 반응으로 소비되지 않고 따라서 일산화 탄소의 추가의 양들의 산화를 계속 촉매하기 때문에, 촉매의 상대적으로 작은 수량들이 오랜 시구간에 걸친 일산화 탄소의 완전한 산화에 충분하다.
언급된 바와 같이, 유전성 유체는 이산화 탄소와 산소의 혼합물을 포함한다. 특정 실시형태들에 따르면, 유전성 유체는 SF6가 적어도 본질적으로 없으며, 따라서 매우 낮은 GWP와 0의 오존 파괴 지수 (Ozone Depletion Potential) (ODP) 를 갖는 유전성 유체를 제공하는 것을 허용한다.
일반적으로, 이산화 탄소의 몰 분율 대 산소의 몰 분율의 비율은 50:50부터 100:1까지의 범위이다. 추가의 실시형태들에 따르면, O2의 몰 분율은 CO2의 그것보다 더 낮다. 더 구체적으로, 이산화 탄소의 몰 분율 대 산소의 몰 분율의 비율은 80:20부터 95:5까지의 범위인데, 각각의 수량들에서의 O2의 존재가 그을음 형성이 방지되는 것을 허용하기 때문이다. 더 바람직하게는, 이 비율은 85:15부터 92:8까지, 훨씬 더 바람직하게는 87:13부터 90:10 미만까지이고, 특히 약 89:11이다. 이와 관련하여, 적어도 8%의 몰 분율로 존재하는 O2는 심지어 높은 전류 아킹을 갖는 반복되는 전류 인터럽션 이벤트들 후에도 그을음 형성이 방지되는 것을 허용한다는 것이 밝혀졌다.
또한, 위에서 특정된 범위들에서의 산소의 비교적 많은 양이 주어지면, 일산화 탄소로부터 이산화 탄소로의 산화의 높은 반응 속도가 성취될 수 있다. 따라서, 일어날 산화를 위한 추가적인 산소를 추가하는 것이 필요하지 않은데, JP 2015 073348호에 개시된 기술의 경우, 절연 공간에 존재하는 것과는 상이한 가스 혼합물이 반응 용기에 제공되는 것을 필요로 하여서이다. 본 발명에 따른 장치의 설계는 그러므로, 별도의 반응 용기 및 대응하는 배관 시스템을 요구하는 JP 2015 073348호에 따른 것보다 훨씬 더 간단하고 더욱 직관적이다.
본 발명의 맥락에서, "산화 촉매"라는 용어는 CO 산화를 촉매하는 실제 디바이스에 관련된다. 그 용어는 따라서 촉매 재료뿐만 아니라, 촉매 재료 외에도, 촉매 재료가 포함될 가열 코일 또는 디스크, 및/또는 슬리브, 튜브 또는 재킷과 같은 추가적인 컴포넌트들을 더 포함하는 촉매들로 이루어진 산화 촉매를 포괄한다.
통상적으로, 산화 촉매는 촉매 재료가 포함되는 슬리브, 튜브 또는 재킷을 포함한다. 경우에 따라, 산화 촉매를 통해 유전성 유체의 흐름을 생성하도록 설계되는 팬이 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
실시형태들에 따르면, 귀금속 입자들은 Au (금), Ru (루테늄), Rh (로듐), Pd (팔라듐), Os (오스뮴), Ir (이리듐), Pt (백금), 및 그 혼합물들 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속으로 이루어진다. 이들은 일산화 탄소 산화의 촉매작용이 촉매 없이 산화가 일어나는 온도, 즉, 약 700℃보다 훨씬 더 낮은 온도인 약 250℃에서 일어나는 것을 허용한다.
특히, 약 250℃의 촉매반응의 온도는, 예컨대, 플루오로케톤들 (이는, 예컨대, 약 550℃ 주위에서 일어날 수도 있음) 의 그리고 본 출원에서 언급된 다른 유기불소 화합물들의 해리 온도들보다 실질적으로 더 낮다. 따라서, 일산화 탄소의 촉매 산화는, 본 출원에서 언급되는 플루오로케톤들의 또는 다른 유기불소 화합물들의 상당한 해리가 발생하지 않는, 전기 장치 또는 회로 차단기 내부의 위치들에서 수행될 수 있다.
더 구체적으로는, 산화 촉매는 세라믹 또는 금속 캐리어 상에 코팅되는 백금족 원소 (platinum group member) 의 입자들을 포함하는 백금족 원소 촉매이다.
더 구체적으로, 산화 촉매는 실시형태들에서 디젤 산화 촉매 (Diesel Oxidation Catalyst) (DOC) 일 수 있거나 또는 DOC의 원리에 기초할 수 있다.
DOC가 통상적으로 250℃를 초과하는 가스 온도들에서의 준정상 동작을 위해 설계되기 때문에, 산화 촉매는 - 특히 DOC 또는 DOC계 촉매의 경우 - 장치의 고온 영역에 바람직하게 배치되는데, 상기 고온 영역은 산화 반응의 지속기간에 걸쳐 250℃를 초과하는 온도를 유지하도록 설계된다.
실시형태들에서, 고온 영역은, 특히 본 명세서에서 언급되는 플루오로케톤들 또는 다른 유기불소 화합물들의 해리를 고온 영역에서 방지하기 위해 적어도 산화 반응의 지속기간에 걸쳐 500℃ 미만의 온도를 유지하도록 설계된다.
특정 실시형태들에 따르면, 본 발명의 장치는, 위에서 언급된 바와 같이, 바람직하게는 전기 스위칭 디바이스이다. 스위칭 디바이스는 적어도 하나의 스위칭 챔버를 포함하는데, 스위칭 챔버는 서로에 대해 이동 가능한 그리고 아크가 전류 차단 동작 동안 형성되는 아킹 지역을 정의하는 적어도 두 개의 아킹 접촉부들을 포함한다.
통상적으로, 스위칭 챔버는 배기 볼륨을 더 포함하는데, 배기 볼륨은 아킹 지역에 유체적으로 연결되어, 아크에 의해 가열된 유전성 유체가 아킹 지역으로부터 배기 볼륨 방향으로 흐르는 것을 허용한다. 아킹 지역과 배기 볼륨 사이의 영역에서, 온도는 스위칭 동작 후에 특히 높다. 비교적 큰 전류들이 인터럽트되면, 온도는 통상적으로 250℃, 즉 촉매화된 CO 산화가 발생하기 위해 요구되는 온도보다 더 높다.
추가의 실시형태들에 따르면, 산화 촉매는 스위칭 디바이스의 고온 영역에 배치되며, 상기 고온 영역은 아킹 지역과 배기 볼륨 사이에 위치되는 가열된 유전성 유체의 유출 방향에 있다. 온도가 이 영역에서 250℃보다 더 높기 때문에, 촉매화된 CO 산화는 효율적으로 일어날 수 있다. 덧붙여서, 아킹 지역과 배기 볼륨 사이에 촉매의 배치는 아킹 지역으로부터 흐르는 가열된 유전성 유체와 촉매의 직접 접촉이 확립될 수 있다는 추가의 장점을 가진다. 가열된 유전성 유체에서, 일산화 탄소의 양은 비교적 높기 때문에, 이는 효율적인 CO 산화에 추가로 기여한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 산화 촉매는 중간 챔버 벽에 의해 경계가 정해지는 중간 챔버 내에 배치되고, 아킹 지역과 배기 볼륨 사이의 가열된 유전성 유체의 유출 방향으로 위치될 수 있다. 이 실시형태에 따르면, 산화 촉매는 따라서 기본 설계가 EP 1 403 891호에서 설명된 이른바 힐사 (Hylsa) 시스템에 배치된다. 이와 관련하여, 흐름 방향들, 즉, 접촉부들의 튤립 측 및/또는 플러그 측 중 어느 하나에서의 힐사 시스템에서의 배치가 가능하다.
그러나, 예컨대 T10 스위칭 시나리오의 과정에서의, 저 전류 인터럽션에 뒤따라, 유출되는 유전성 유체의 온도는 상당히 낮아질 수 있고 특히 250℃보다 더 낮을 수 있다. 또한, 아킹 지역에서부터 원격으로, 즉, 온도 - 인터럽트되는 전류에 무관함 - 가 250℃보다 더 낮은 영역 또는 250℃보다 더 높은 온도가 스위칭 동작에 뒤따르는 충분히 긴 시간에 걸쳐 유지되지 않는 영역에 산화 촉매를 배치하는 것이 바람직한 경우들이 있을 수 있다.
특히 이들 경우들을 고려하여, 추가의 실시형태들은 적어도 250℃ 온도, 즉, 촉매화된 CO 산화가 발생하는데 필요한 온도를 발생시키도록 설계되는 히터를 더 포함하는 산화 촉매에 관련될 수 있다.
실시형태들에서, 히터는, 특히 본 출원에서 언급되는 플루오로케톤들 또는 다른 유기불소 화합물들의 해리를 방지하기 위해, 500℃ 미만의 온도를 발생시키도록 설계된다. 다르게 말하면, 예컨대, 플루오로에테르들, 플루오로케톤들, 플루오로올레핀들, 플루오로니트릴들, 및 그 혼합물들과 같은 유기불소 화합물들의 해리를 감소시키거나 또는 제거하기 위하여 촉매 온도를 대략 500℃ 미만으로 제한하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 촉매 재료 외에도 가열 디스크를 포함하는 산화 촉매가 사용될 수 있으며, 촉매 재료와 가열 디스크 둘 다는 슬리브 또는 재킷에 배치된다.
히터의 존재는 비산화된 및 잠재적 반응성 기체 불순물들이 산화 촉매 내부에서 연소될 수 있다는 추가의 장점을 가진다. 예컨대, 탄화수소들이 장치 내부에 존재하면, 그것들은 CO2로 그리고 물로 효율적으로 산화된다.
그 실시형태에서, 촉매가 아킹 지역에서부터 원격으로 배치되는 경우, 스위칭 매체의 강제 흐름이 일반적으로 없다 - 산화 촉매가 아킹 지역과 배기 볼륨 사이에 배치되어, 이러한 흐름이 스위칭 동작 후에 존재하는 것과는 대조적이다. 이 실시형태에 대해, 유전성 유체의 흐름을 생성하고 따라서 산화 촉매를 통해 능동적으로 유전성 유체를 전달하는 팬이 바람직하게 제공된다. 이 실시형태에 따른 산화 촉매는 촉매화된 CO 산화가 일어나는데 필요한 온도를 발생시키는 히터를 더 포함할 수 있다.
추가의 실시형태들에 따르면, 산화 촉매는 그러므로 바람직하게는, 산화 촉매 외에도 산화 촉매를 통해 유전성 유체의 흐름을 생성하도록 설계된 팬을 더 포함하는 촉매 시스템의 일부이다.
또한 250℃보다 더 낮은 온도에서 효율적인 CO 산화를 허용하기 위하여, 대안적 산화 촉매들이 선택될 수 있다. 특히, 산화 촉매가 금속 산화물 캐리어, 특히 알루미늄 산화물 또는 철 산화물 캐리어 상에 하소 (calcination) 된 금 입자들을 포함하는 금 촉매이면, 비교적 저온에서 높은 CO 산화 레이트가 성취될 수 있다. 증가된 촉매 회전율 (turnover) 뿐만 아니라 높은 안정성의 견지에서, CeO2는 금 촉매에 바람직하게 첨가된다.
바람직하게는, 산화 촉매는 Fe 원자들이 도핑된 CeO2에 기초한 캐리어 상에 하소된 금 입자들을 포함한다. 이 CeO2/Fe2O3 캐리어에서, 산소 빈격자점들이 존재하며, 이는 촉매의 효율을 추가로 개선시킨다.
금 입자들이 최대 10 nm, 바람직하게는 최대 8 nm, 더 바람직하게는 최대 6 nm, 가장 바람직하게는 최대 4 nm의 평균 직경을 가진다면, 특히 높은 촉매 성능이 성취될 수 있다.
추가의 실시형태들에 따르면, 금 촉매는 부분적으로는 환원 가능한 산화물, 특히 세리아 (CeO2) 또는 전이 금속 산화물을 더 포함한다.
예를 들어, 180℃에서의 하소에 의해 CeO2로 도핑된 Fe2O3 캐리어 상에 적재된 1% Au를 포함하는 금 촉매가 -16.1℃에서 일산화 탄소를 충분히 산화시킬 수 있다. Al2O3/CeO2 도핑된 Fe2O3 캐리어 상에 하소된 1% Au를 포함하는 금 촉매가 사용되면, 전체 CO 산화는 심지어 더 낮은 온도들에서 성취될 수 있으며, 이에 대해 -20.1℃에서의 100% 전환이 보고되었다.
언급된 바와 같이, 얼마간의 물이 절연 공간에 존재하는 기체 탄화수소들의 산화에 의해 생성될 수 있기 때문에, 추가로 흡습제가 장치의 절연 공간 내에, 특히 스위칭 디바이스의 스위칭 챔버 내에 포함되는 것이 더 바람직할 수 있다.
실시형태들에서, 흡습제는 물을 특히 흡수하도록 설계되고, 더 바람직하게는: 칼슘, 황산 칼슘, 특히 드리어리트 (drierite), 탄산 칼슘, 수소화 칼슘, 염화 칼슘, 탄산 칼륨, 수산화 칼륨, 구리 (II) 황산염, 산화 칼슘, 마그네슘, 산화 마그네슘, 황산 마그네슘, 과염소 마그네슘, 나트륨, 황산 나트륨, 알루미늄, 수소화 알루미늄 리튬, 산화 알루미늄, 활성화된 알루미나, 몬트모릴로나이트, 오산화인, 실리카 겔, 셀룰로스 필터, 및 그 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명은 본 발명의 장치가 회로 차단기 형태인 첨부된 도면들에 의해 추가로 예시된다. 구체적으로는,
도 1은 전류 차단 동작 동안의 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회로 차단기의 종단면도를 도시하며; 그리고
도 2는 전류 차단 동작 동안의 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회로 차단기의 종단면도를 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회로 차단기는, 도시된 실시형태들에서 회전 대칭이고 길이방향 축 (L) 을 따라 연장하는 스위칭 챔버 (10) 를 포함한다. 스위칭 챔버는 탱크 벽 (11) 형태의 하우징 (4) 을 포함하는데, 그 하우징은 절연 공간 (6) 을 탱크 볼륨 (13) 으로 제한하고 스위칭 가스 형태의 유전성 유체로 채워진다.
스위칭 챔버 (10) 는 축 방향에서 서로에 대해 이동 가능한 두 개의 공칭 접촉부들 (12), 구체적으로는 제 1 공칭 접촉부 (121) 로서의 주접촉부들과 제 2 공칭 접촉부 (122) 로서의 접촉 실린더 형태의 전기 도전부들 (8) 을 포함한다. 제 2 공칭 접촉부 (122) 는 노즐 (16) 을 포함하는 동심적으로 배치된 노즐 배열체 (14) 을 둘러싸고 자가 블라스트 볼륨 (17) 의 벽을 형성하는 전도 (conducting) 부분 (18) 을 추가로 둘러싼다. 노즐 배열체 (14) 는 두 개의 동심적으로 배치된 아킹 접촉부들 (19) 을 추가로 둘러싸는데, 하나는 회로 차단기의 "튤립 측"의 중공 튜브형 접촉부 (191) 이고 다른 하나는 회로 차단기의 "플러그 측"의 각각의 핀 접촉부 (192) 형태이다.
도시된 실시형태에서, 제 2 공칭 접촉부 (122) 는 이동가능 접촉부로서 설계된 반면, 제 1 공칭 접촉부 (121) 는 고정 접촉부로서 설계된다. 또한, 양 공칭 접촉부들 (121, 122) 은 이동 가능하도록 설계될 수도 있다.
전류 차단 동작 동안, 제 2 공칭 접촉부 (122) 는 축 방향 (L) 에서 연결된 (또는 폐쇄된) 상태로부터 연결해제된 (또는 개방된) 상태로 제 1 공칭 접촉부 (121) 로부터 멀어지게 이동된다.
이로써, 또한 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 는 축 방향 (L) 에서 핀 아킹 접촉부 (192) 로부터 멀어지게 이동되고 결과적으로 연결해제됨으로써, 아크 (20) 는 아킹 접촉부들 (191, 192) 사이에 위치되는 아킹 지역 (22) 내에 형성된다. 이를 위해, 작동 로드 (24) 가 노즐 배열체 (14) 에 링크되는데, 상기 작동 로드 (24) 는 전류 차단 동안 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 로부터 멀어지는 방향으로 핀 아킹 접촉부 (192) 를 끌어 당기도록 적응된 각도 레버 (26) 에 의해 핀 아킹 접촉부 (192) 에 연결됨으로써, 아킹 접촉부들 (191, 192) 을 연결해제하는 속력을 증가시킨다.
형성된 아크 (20) 는 가열된 스위칭 가스를 노즐 (16) 을 통해 따라서 아킹 지역 (22) 속으로 송풍하는 자가 블라스팅 메커니즘에 의해 ?칭된다. 스위칭 가스는 이산화 탄소를 포함하는데, 이 이산화 탄소는 ?칭 동안 스위칭 가스의 온도 상승에 의해 일산화 탄소로 부분적으로 해리된다. 일산화 탄소는 통상적으로 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 으로 이루어진 노즐 (16) 의 재료의 열 유도 분해에 의해 추가로 발생된다.
아크의 ?칭에 이어서, 가열 및 가압된 스위칭 가스의 일부는 아킹 지역 (22) 으로부터 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 를 통해 흐르는 반면, 얼마간의 스위칭 가스는 아킹 지역 (22) 으로부터 핀 아킹 접촉부 (192) 에 동심적으로 배치되는 그리고 핀 아킹 접촉부를 따라 연장하는 노즐 채널 (28) 을 통해 반대 방향으로 흐른다. 아킹 지역 (22) 으로부터 멀어지는 고온 스위칭 매체의 흐름 방향은 각각의 화살표들로 묘사된다.
튤립 측, 즉, 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 측에서, 제 1 중간 챔버 (30) (또는 힐사 시스템) 이 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 에 대해 동심적으로 그리고 아킹 지역 (22) 에서부터 어떤 거리에 배치된다. 제 1 중간 챔버 (30) 는 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 의 벽 (34) 에 제공되는 각각의 개공들 (32) 에 의해 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 와 유체적으로 연결된다. 구체적으로는, 공통 단면을 가지는 그리고 중공 튜브형 접촉부의 둘레에 걸쳐 방사상으로 배치되는 네 개의 개공들 (32) 의 행이 도시된 실시형태에서 제공된다.
제 1 중간 챔버 (30) 는 아킹 지역 (22) 을 마주하는 근위 측벽 (또는 근위 단부벽) (361), 근위 측벽 (361) 에 대향하게 배치되는 원위 측벽 (또는 원위 단부벽) (362), 및 원주 벽 (363) 을 포함하는 제 1 중간 챔버 벽 (36) 에 의해 경계가 정해진다.
도시된 특정 실시형태에서, 공통 (또는 가변) 단면(들)의 방사상으로 배치된 개공들 (38) 의 두 개의 행들은 제 1 중간 챔버 벽 (36) 에 배치되는데, 하나의 행은 근위 측벽 (361) 에 직접적으로 근접하고 하나는 원위 측벽 (362) 에 직접적으로 근접한다. 개공들 (38) 은 제 1 중간 챔버 (30) 에 대해 동심적으로 배치되는 제 1 배기 볼륨 (40) 속으로 개방된다.
중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 에서의 (제 1) 개공들 (32) 은 방사 방향으로 흐르는 소용돌이치는 가스들이 (제 2) 개공들 (38) 을 통해 제 1 배기 볼륨 (40) 속으로 더 직접적으로 흐를 수 없도록 제 1 중간 챔버 벽 (36) 에서의 (제 2) 개공들 (38) 에 대해 오프셋되어 배치된다. 그러나, 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 에서부터 제 1 배기 볼륨 (40) 속으로의 부분적으로 또는 완전히 직접적인 흐름을 의도적으로 보장하기 위하여 중간 챔버 벽 (36) 에서의 각각의 (제 2) 개공 (38) 과 전적으로 또는 부분적으로 일치하도록 중공 튜브형 접촉부 벽 (34) 에서의 (제 1) 개공들 (32) 중 적어도 하나의 개공이 제공되는 것이 또한 실현 가능할 수 있다. 각각 (제 1) 개공들 (32) 및 (제 2) 개공들 (38) 의 형상, 사이즈, 배열 및 수는, 최적으로 구성되고, 각각 작동 요건들에 일치한다.
제 1 배기 볼륨 (40) 은 배기 볼륨 벽 (42) 에 의해 경계가 정해진다. 도시된 실시형태에서, 배기 볼륨 벽은 근위 측벽 (또는 근위 단부벽) (421), 원위 측벽 (또는 원위 단부벽) (422), 외부 원주벽 (423), 및 내부 원주벽 (424) 을 포함하며, 원주벽들 (423, 424) 은 서로 축방향에서 변위된다.
구체적으로, 내부 원주벽 (424) 은 자신의 자유단과 근위 측벽 (421) 사이에 갭 (44) 을 남기는 원위 측벽 (422) 으로부터 연장하는 한편, 외부 원주벽 (423) 은 자신이 내부 원주벽 (424) 과 중첩하도록 하는 방식으로 근위 측벽 (421) 에서부터 연장한다. 이에 의해, 환형 채널 (46) 이 원주벽들 (423, 424) 사이에 형성되며, 상기 채널 (46) 은 탱크 벽 (11) 에 의해 경계가 정해지는 탱크 볼륨 (13) 내로 개방되고 상대적으로 저온의 스위칭 가스로 채워진다.
전류 차단 동작에 의해 초래되는 가스의 가열에 뒤이어, 가열 가압된 스위칭 가스의 부분이, 위에서 언급된 바와 같이, 아킹 지역 (22) 으로부터 중공 튜브형 아킹 접촉부 (191) 를 통해 흐른다. 화살표 A10에 의해 표시되는 가스 흐름은 대략 원추형의 편향 디바이스에 의해, 추가의 화살표들에 의해 나타낸 바와 같이, 대부분 방사 방향으로 편향된다. 가스 흐름은 (제 2) 개공들 (38) 을 통해 제 1 중간 챔버 (30) 속으로 전해지며, 제 1 중간 챔버 내에서 스위칭 가스는 소용돌이친다. 소용돌이치는 스위칭 가스는 그 다음에, 화살표들에 의해 또한 표시되는 바와 같이, 제 1 중간 챔버 벽 (36) 에서의 (제 2) 개공들 (38) 을 통해 방사 방향에서 제 1 배기 볼륨 (40) 속으로 전해지는 것이 허용된다. 제 1 배기 볼륨 (40) 에 입력된 스위칭 가스는 그 다음에 원주벽들 (423, 424) 에 의해 형성되는 갭 (44) 및 환형 채널 (46) 을 통해 탱크 볼륨 (13) 속으로 흐른다.
플러그 측, 즉, 핀 아킹 접촉부 (192) 측에서, 제 2 중간 챔버 (52) 가 배열되고, 핀 아킹 접촉부 (192) 의 원위 단부 (54) 와 각도 레버 (26) 는 제 2 중간 챔버 벽 (60) 에 의해 경계가 정해지는 제 2 중간 챔버 (52) 의 내부에 배치된다. 방사상으로 배치된 (제 3) 개공들 (58) 의 하나의 행이 제 2 중간 챔버 (52) 의 원주벽 (603) 에 그것의 원위 측벽 (또는 원위 단부벽) (602) 에 직접 근접하여 배치된다. 이들 (제 3) 개공들 (58) 은 제 2 배기 볼륨 (62) 속으로 개방된다.
제 1 배기 볼륨 (40) 처럼, 또한 제 2 배기 볼륨 (62) 은 근위 측벽 또는 단부벽 (641), 원위 측벽 또는 단부벽 (642), 외부 원주벽 (643), 및 내부 원주벽 (644) 을 포함하는 배기 볼륨 벽 (64) 에 의해 경계가 정해질 수 있으며, 원주벽들 (643, 644) 은 서로 축방향으로 배치된다. 또한 제 2 배기 볼륨 (62) 에 대해, 내부 원주벽 (644) 은 자신의 자유단과 근위 측벽 (641) 사이에 추가의 갭 (66) 을 남기는 원위 측벽 (642) 으로부터 연장하는 한편, 외부 원주벽 (643) 은 자신이 내부 원주벽 (644) 과 중첩하도록 하는 방식으로 근위 측벽 (641) 에서부터 연장한다. 이에 의해, 환형 채널 (68) 이 원주벽들 (643, 644) 사이에 형성되며, 상기 채널 (68) 은, 제 1 배기 볼륨 (40) 에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 탱크 볼륨 (13) 속으로 개방된다.
전류 차단 동작 동안, 가열 및 가압된 스위칭 가스의 제 2 부분이, 화살표들 A20에 의해 예시된 바와 같이, 핀 아킹 접촉부 (192) 를 따라 연장하는 노즐 채널 (28) 를 통해 흐른다. 가압된 스위칭 가스의 이 제 2 부분은 부분적으로는 (제 4) 개공들 (70) 을 통과함으로써 제 2 배기 볼륨 (62) 속으로 직접적으로 그리고 부분적으로는 제 2 중간 챔버 (52) 속으로 그리고 그곳으로부터 (제 3) 개공들 (58) 을 통과함으로써 제 2 배기 볼륨 (62) 속으로 흐른다. 이에 의해, 제 2 중간 챔버 (52) 밖으로 흐르는 부분은, 제 1 배기 볼륨 (40) 에 대해 위에서 설명된 바와 같이, 비교적 저온의 스위칭 가스를 포함하는 탱크 볼륨 (13) 속으로 유출되기 전에 내부 원주벽 (644) 에 의해 제 2 배기 볼륨 (62) 에서 편향된다. 제 1 배기 볼륨 벽의 내부 원주벽처럼, 또한 제 2 배기 볼륨 벽 (64) 의 내부 원주벽은 따라서 배기 볼륨 배플로서 기능을 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 회로 차단기의 스위칭 챔버 (10) 에서, 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 캐리어 상에 코팅되거나 또는 그 캐리어 내에 임베딩된 귀금속 입자들을 포함하는 산화 촉매 (201, 202, 203) 가 배치된다.
도 1에 도시된 실시형태에서, 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 산화를 위한 제 1 산화 촉매 (201) 가 제 1 중간 챔버 (30) 내에 배치되는 한편, 제 2 산화 촉매 (202) 가 제 2 중간 챔버 (52) 내에 배치된다. 산화 촉매들 (201, 202) 의 각각은 따라서, 위에서 언급된 바와 같이, 아킹 지역 (22) 과 각각의 배기 볼륨 (40, 62) 사이에서, 가열된 스위칭 가스의 유출 방향으로 위치된다. 비교적 큰 전류들의 인터럽션에 뒤이어, 가열된 스위칭 가스는 이 영역에서 250℃를 초과하는 온도를 가지며; 상기 영역은 따라서 CO 산화가 일어나기 위해 250℃를 초과하는 온도가 유지되는 고온 영역 (72) 을 형성한다. 이 실시형태에 따르면 유출하는 스위칭 가스의 가스 흐름은 촉매 (201, 202) 를 통해, 즉, 촉매 재료 매트릭스를 통해 또는 촉매 재료 매트릭스에 의해 안내된다. 아킹 지역 (22) 으로부터 유출되는 그리고 결과적으로 산화 촉매를 통과하는 스위칭 가스에서의 일산화 탄소의 양이 비교적 높다는 사실을 고려하면, 일산화 탄소의 매우 효율적인 산화가 이 실시형태에 의해 성취된다.
제 1 및/또는 제 2 중간 챔버(들)에서의 배열에 대안적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 산화 촉매 (도시되지 않음) 를 중공 튜브형 접촉부 (191) 내에 그리고/또는 추가로 하류, 특히 제 1 배기 볼륨 (40) 및/또는 제 2 배기 볼륨 (62) (도시되지 않음) 내에 배치하는 것이 추가로 가능하다. 산화 촉매가 배기 볼륨 (40 및/또는 62) 내에 배치되는 경우, 예를 들어, 각각의 배기 볼륨 (42 또는 62) 의 각각 내부 원주벽 (424 또는 644), 또는 각각 원위 측벽 (422 또는 642) 근처에 배치될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 산화 촉매가 환형 채널 (46, 68) 의 유출 개공 (도시되지 않음) 에 매우 근접하여 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 실시형태에서, 산화 촉매 (203) 는 탱크 볼륨 (13) 내에 그러므로 아킹 지역 (22) 에서부터 멀리 배치된다. 이 실시형태에서, 산화 촉매 (203) 는 CO 산화가 일어나기 위한 충분히 높은 온도가 유지되는 것을 보호하기 위하여, 적어도 250℃의 온도를 발생시키도록 설계되는 히터 (도시되지 않음) 를 더 포함한다. 덧붙여서, 스위칭 가스의 흐름을 생성하고 따라서 스위칭 가스를 산화 촉매 (203) 를 통해 능동적으로 전달하는 팬이 제공될 수 있다.
본 발명의 현재의 바람직한 실시형태들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 그것으로 제한되지 않고, 다음의 청구항들의 범위 내에서 달리 다양하게 실시 및 실용화될 수도 있다는 것이 이해된다. 그러므로, "바람직한" 또는 "특히" 또는 "특별히" 또는 "유리하게" 등과 같은 용어들은 옵션적이고 예시적인 실시형태들만을 의미한다.
4 하우징
6 절연 공간
8 전기 도전부
10 스위칭 챔버
11 탱크 벽
12 공칭 접촉부들
121; 122 제 1 공칭 접촉부 (주 접촉부); 제 2 공칭 접촉부 (접촉 실린더)
13 탱크 볼륨
14 노즐 배열체
16 노즐
18 전도 부분
17 자가 블라스트 볼륨
19 아킹 접촉부들
191; 192 중공 튜브형 아킹 접촉부; 핀 아킹 접촉부
20 아크
22 아킹 지역
24 작동 로드
26 각도 레버
28 노즐 채널
30 제 1 중간 챔버
32 튜브형 중공 접촉부의 벽에서의 제 1 개공들
34 튜브형 중공 접촉부의 벽
36 제 1 중간 챔버 벽
361, 362, 363 근위 측벽 또는 단부벽, 원위 측벽 또는 단부벽, 원주벽 (제 1 중간 챔버 벽)
38 제 1 중간 챔버 벽에서의 제 2 개공들
40 제 1 배기 볼륨
42 제 1 배기 볼륨 벽
421; 422; 423; 424 제 1 배기 볼륨의 근위 측벽 또는 단부벽; 원위 측벽 또는 단부벽; 외부 원주벽; 내부 원주벽
44 갭
46 각도 채널
52 제 2 중간 챔버
54 핀 아킹 접촉부의 원위 단부
58 제 2 중간 챔버 벽에서의 제 3 개공들
60 제 2 중간 챔버 벽
602; 603 제 2 중간 챔버의 원위 측벽 또는 단부벽; 원주벽
62 제 2 배기 볼륨
64 제 2 배기 볼륨 벽
641; 642; 643; 644 제 2 배기 볼륨 벽의 근위 측벽 또는 단부벽; 원위 측벽 또는 단부벽; 외부 원주벽; 내부 원주벽
66 (추가의) 갭
68 제 2 배기 볼륨의 원주벽들에 의해 형성되는 환형 채널
70 노즐 채널에서부터 제 2 배기 볼륨 속으로의 제 4 개공들
72 고온 영역
201~203 산화 촉매

Claims (22)

  1. 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 장치, 특히 전기 스위칭 디바이스로서,
    절연 공간 (6) 과 상기 절연 공간 (6) 내에 배치되는 전기 도전부 (8) 를 둘러싸는 하우징 (4) 을 포함하며, 상기 절연 공간 (6) 은 이산화 탄소와 산소를 포함한 유전성 유체를 포함하며,
    상기 장치 내에, 산화 촉매 (201; 202; 203) 가 배치되고, 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩되고 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위한 것인 귀금속 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전성 유체는 아킹 동안 그을음 형성을 방지하는 양으로 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이산화 탄소의 몰 분율 대 산소의 몰 분율의 비율은 50:50부터 100:1까지, 바람직하게는 80:20부터 95:5까지, 더 바람직하게는 85:15부터 92:8까지, 훨씬 더 바람직하게는 87:13부터 90:10 미만까지의 범위이고, 특히 약 89:11인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 귀금속 입자들은, Au, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt 및 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 는 세라믹 또는 금속 캐리어 상에 코팅되는 백금족 원소의 입자들을 포함하는 백금족 원소 촉매 (201; 202; 203) 인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 는 상기 장치의 고온 영역 (72) 에 배치되며, 상기 고온 영역 (72) 은 산화 반응의 지속기간에 걸쳐 250℃를 초과하는 온도를 유지하록 설계되며, 특히 상기 고온 영역 (72) 은 상기 산화 반응의 지속기간에 걸쳐 500℃ 미만의 온도를 유지하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 는 적어도 250℃의 온도를 발생시키도록 설계되는 히터를 더 포함하며, 특히 상기 히터는 500℃ 미만의 온도를 발생시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 하나의 스위칭 챔버 (10) 를 포함하는 스위칭 디바이스이며, 상기 스위칭 챔버는 서로에 대해 이동 가능하고 아크 (20) 가 전류 차단 동작 동안 형성되는 아킹 지역 (22) 을 정의하는 적어도 두 개의 아킹 접촉부들 (19; 191, 192) 을 포함하며, 상기 스위칭 챔버 (10) 는, 상기 아킹 지역 (22) 에 유체적으로 연결되어 상기 아크에 의해 가열된 상기 유전성 유체가 상기 아킹 지역 (22) 으로부터 배기 볼륨 (40; 62) 을 향하는 방향으로 흐르는 것을 허용하는 상기 배기 볼륨 (40; 62) 을 더 포함하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202) 는 상기 스위칭 디바이스의 고온 영역 (72) 에 배치되며, 상기 고온 영역 (72) 은 상기 아킹 지역 (22) 과 상기 배기 볼륨 (40; 62) 사이에서 가열된 상기 유전성 유체의 유출 방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202) 는 중간 챔버 벽 (36; 60) 에 의해 경계가 정해지는 중간 챔버 (30; 52) 에 배치되며, 상기 아킹 지역 (22) 과 상기 배기 볼륨 (40; 62) 사이의 가열된 상기 유전성 유체의 유출 방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 는 금속 산화물 캐리어, 특히 알루미늄 산화물 또는 철 산화물 캐리어 상에 하소된 금 입자들을 포함하는 금 촉매인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금 입자들은 최대 10 nm, 바람직하게는 최대 8 nm, 더 바람직하게는 최대 6 nm, 가장 바람직하게는 최대 4 nm의 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 금 촉매 (201; 202; 203) 는 부분적으로 환원 가능한 산화물, 특히 세리아 또는 전이 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 공간 (6) 내에 추가로 흡습제가 포함되며; 그리고/또는 상기 유전성 유체는: SF6, 유기불소 화합물, 및 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나의 화합물을 포함하고; 특히, 유기불소 화합물은 플루오로에테르와 특히 하이드로플루오로모노에테르, 플루오로케톤과 특히 퍼플루오로케톤, 플루오로올레핀과 특히 하이드로플루오로올레핀, 플루오로니트릴과 특히 퍼플루오로니트릴, 그리고 그 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 는, 상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 외에, 상기 유전성 유체의 상기 산화 촉매 (201; 202; 203) 를 통한 흐름을 생성하도록 설계된 팬을 더 포함하는, 촉매 시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 회로 차단기, 더 상세하게는 고전압 회로 차단기인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매는 상기 장치의 절연 공간 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매는 상기 절연 공간 내에 포함되는 절연 유체와의 직접 접촉을 허용하는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치에는 상기 절연 공간으로부터 분리되는 그리고 일산화 탄소로부터 이산화 탄소로의 산화가 발생하는 것을 위해 설계된 반응 용기가 없는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매는 Fe 원자들이 도핑된 Ce02에 기초하여 캐리어 상에 하소된 금 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 촉매에는 Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Fe, V 또는 Cr을 포함하는 산화제층이 없는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 전기 에너지의 생성, 전달, 분배 및/또는 사용을 위한 전기 장치에서, 상세하게는 스위칭 디바이스에서, 더 상세하게는 회로 차단기에서, 가장 상세하게는 고전압 회로 차단기에서, 캐리어 상에 코팅되거나 또는 캐리어 내에 임베딩되고 일산화 탄소의 이산화 탄소로의 촉매 산화를 위해 설계된 귀금속 입자들을 포함하는 산화 촉매 (201; 202; 203) 의 이용.
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