KR20170023177A

KR20170023177A - 전기 절연 및/또는 아크-소호 가스상 매질로서 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2- 부텐을 사용하기 위한 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR20170023177A
Application number: KR1020177002913A
Authority: KR
Inventors: 카르스텐 이저-랭크; 토마스 하머; 마르틴 이제; 귄터 린스
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-03-02
Also published as: EP3138106B1; ES2917981T3; DE102014220985A1; EP3138106A1; WO2016001054A1; CN106663495A

Abstract

본 발명은 장치의 작동 상태에서 1 kV 또는 그 초과의 전위(electric potential)를 갖는 적어도 하나의 전기 디바이스(electric device) 및/또는 입자 가속을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 장치로서, 디바이스가 가스상의, (electrical insulation) 및/또는 전기 아크 소호 매질(electric arc extinguishing medium)을 함유하는 하우징(housing) 내에 적어도 부분적으로 배열되고, 매질이 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐으로 이루어지거나 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질로서 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

전기 절연 및/또는 아크-소호 가스상 매질로서 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2- 부텐을 사용하기 위한 디바이스 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR USING 1,1,1,4,4,4-HEXAFLUORO-2-BUTENE AS AN ELECTRICALLY INSULATING AND/OR ARC-EXTINGUISHING GASEOUS MEDIUM}

예를 들어, (a) 변압기(들), 전력선(들)(특히, 고전압이 보조되는 전기 에너지(electric energy)용 에너지 전송선(들), 회수 레일(collector rail)(들), 분리 스위치(separation switch), 전원 스위치(power switch), 부하 분리 스위치(load separating switch), 접지 스위치(grounding switch), (스위치) 보호장치(들), 도파관 등을 포함하고, 높은 전위(electric potential)(약 1 kV 이상) 및/또는 강한 전기장이 발생할 수 있는 장치의 경우에, 가스(gas) 또는 가스 혼합물이 이들의 전기적 활성(즉, 전위 하에 있거나 강한 전기장을 받는) 부분의 전기 절연(electrical insulation)을 위해, 그리고 임의로 스위칭 전기 아크(switching electric arc)를 소호(extinguishing)시키기 위해 전형적으로 사용된다.

이러한 목적으로, 장치 또는 단지 이의 전기적 활성 부분이 기밀 하우징(gastight housing) 내에 배열되고, 가스 또는 가스 혼합물이 전기 장치 또는 장치의 전기적 활성 부분과 하우징의 벽 사이의 중간 공간(intermediate space)에 존재한다.

절연 및/또는 전기 아크 소호 가스(electric arc extinguishing gas) 또는 가스 혼합물로서, SF₆ 또는 SF₆의 혼합물 및 적어도 하나의 추가의 가스상 성분(gaseous component)이 수십년 동안 빈번히 사용되어 왔다.

SF₆은 매우 우수한 절연 성질 (공기-절연 시스템(air-insulated system)의 공간 소요의 10% 만이 요구됨; 항복 전압(breakdown voltage)이 공기보다 약 2.7배 우수함) 및 매우 우수한 소호 성질(전기 아크 발생 후 거의 완전한 재결합, 전도성 분해 생성물 없음) 둘 모두를 지니기 때문에, SF₆은 그 자체로 상기 언급된 장치 및 상기 언급된 용도에 매우 적합하다.

또한, SF₆-캡슐화 시스템(SF₆-encapsulated system)은 매우 높은 신뢰도 수준, 사람 보호(SF₆은 화학적으로 매우 안정하고, 비독성임) 및 수명(30년 까지)을 제공하며, 단지 매우 낮은 유지 요건(maintenance requirement)을 갖는다. 또한, SF₆은 현재의 지식 상태에 근거하여 성층권(stratosphere)의 오존층(ozone layer)에 대해 문제가 되지 않는다.

이들 긍정적인 성질은 SF₆가 23,900의 비교적 높은 지구 온난화 지수(global warming potential) (GWP)(100년의 기간 동안 살펴본 CO₂에 관련하여) 및 대기 중 3200년의 추정 수명을 갖는다는 사실에 의해 벌충된다. 현재, 대기 중 SF₆의 농도는 약 3-4 ppt (1 ppt = 1*10^-12 부피부)이고, SF₆은 < 1 ppt(part per thousand) 비율의 총 온실 효과를 형성한다. SF₆은 이의 높은 지구 온난화 지수로 인해, 대기로의 진입이 1997년 교토 의정서(Kyoto Protocol)에 따라 제한되어야 하는 가스 목록에 포함되었다.

이러한 배경에 비추어, 전기 절연에 관해, 그리고 소호 매질로서 적어도 유사하게 우수한 성질을 갖지만 지구 온난화 지수는 보다 낮은 SF₆에 대한 대용물(substitute)을 갖는 것이 바람직할 것이다.

지금까지는, SF₆를 사용하지 않는 전기 장치에 대해 하기 접근 방법이 고려되었다:

- 공기-절연 플랜트(air-insulated plant): 그러나, 이들에는 앞서 언급된 바와 같이 공기의 항복 전압이 SF₆의 항복 전압보다 2.7 배 낮기 때문에 보다 큰 시공 용적이 필요하다. 또한, 공기의 소호 성질은 SF₆의 소호 성질보다 100배 불량하다.

- 고체-절연 플랜트(solids-insulated plant): 고체 절연은 예를 들어, 절연이 부분 방전 효과에 의해 손상되는 경우, 에이징(aging)과 관련하여 중요할 수 있다.

US 8,080,185 B2는 가스상 유전체 화합물을 사용하는 방법으로서, 질소, CO₂ 및 N₂O, 및 가스상 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 가스가 전기 장치로 도입되고, 가스상 화합물은 그것이 하기 성질을 갖도록 선택되는 방법을 기술하고 있다:

약 -20℃ 내지 약 -273℃ 범위의 비등점; 22,200 미만의 GWP; 음의 표준 엔탈피(negative standard enthalpy) 형성 (dHf<0)으로서 측정되는 화학적 안정성; 유효 희석 농도가 허용가능한 작업장 농도를 초과하지 않도록 유전체 가스가 독성을 피해야 함; 및 공기의 유전 강도(dielectric strength)보다 큰 유전 강도. 상기 언급된 특허는 또한 기재된 특성을 갖는 일련의 화합물을 열거하고 있다.

또한, WO 2013/004798 A1는 고압 장치내 전기 아크 소호 및/또는 전기 절연 가스상 매질로서, 임의로 희석 가스와 혼합될 수 있는 세 개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin), 바람직하게는 C₃H₂F₄의 혼합물의 용도를 기술하고 있다.

본 발명의 목적은 이러한 목적으로 지금까지 제안된 화합물, 엘레먼트(element), 및 이의 혼합물보다 적합한 절연 또는 스위칭 가스로서 SF₆의 대용물을 제안하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1에서 청구되는 바와 같은 장치 및 청구항 7에서 청구되는 바와 같은 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 구체예는 종속항의 요지이다.

본 발명은 장치의 작동 상태에서 1 kV 또는 그 초과의 전위(electric potential)를 갖는 적어도 하나의 전기 디바이스(electric device) 및/또는 입자 가속을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 장치로서, 디바이스가 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질을 함유하는 하우징 내에 적어도 부분적으로 배열되는 장치를 제안한다.

본 발명의 장치는 매질이 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2 부텐으로 이루어지거나 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 본 발명자들에 의한, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 (CF₃CH=CHCF₃)이 이의 화학식으로 인해 높은 유전 강도를 지닌다는 인지에 기초한다. 이 설명으로 얽매이고자 바라지 않지만, 본 발명자들은 탄화수소의 유전 강도가 탄화수소에서의 불소 원자 수로 증가하는 것으로 추정한다. 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 ≥ 1의 SF₆에 기초한 상대적 유전 강도를 가질 것으로 예상된다.

또한, 본 발명은 본 발명자들에 의한, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 또한 분자의 크기, 즉, 특히 관여 원자의 수로 인해 우수한 소호 특성을 갖는다는 인지에 기초한다. 전기 아크의 경우에 형성된 분자 분획의 수가 분자를 형성하기 위해 결합되는 원자 또는 기의 수가 증가함에 따라 증가한다. 이에 따라, 보다 작은 분자와 비교하여 첫번째로 장치내 압력이 증가하고, 두번째로 온도가 감소된다. 또한, 분자 내 기의 증가하는 원자 수는 자유도 수(number of degrees of freedom)의 증가를 야기하고, 이에 따라 비열용량(specific heat capacity)의 증가를 야기함으로써, 전기 아크에서의 온도 증가가 보다 많은 에너지를 필요로 한다.

1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 SF₆과 같이 6 개의 불소 원자를 갖는다는 추가의 이점을 제공한다. 이들 불소 원자는 말단 메틸기에 결합되고, 이에 따라 유전 파괴(dielectric breakdown)에 대한 전구물질인 초기 가스 방출물을 해리 결합(dissociative attachment)(즉, 해리하여 각각이 자유 전자와 결합하는 음의 불소 이온을 형성함)에 의해 억제한다.

또한, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 9.4의 낮은 GWP (100년 기간 동안 CO₂에 기초함), 대기 중 24일의 단지 짧은 추정 수명 및 낮은 독성을 갖는다.

끝으로, 대기압에서 약 33℃의 비등점(자료: US 2008/0269532 A1)은 낮은 온도가 고려되어야 하는 경우에도 절연 가스 또는 절연 가스 혼합물의 유전 강도에 상당히 기여하게 하는 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 분압(partial pressure)을 가능하게 한다.

본 발명의 첫번째 유리한 구체예에서, 장치는 매질이 시스(cis)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스(trans)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물로 이루어지거나, 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물을 포함함을 특징으로 한다.

이들의 유사한 물리적 및 화학적 성질로 인해, 시스- 또는 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 이들의 혼합물이 제한 없이 매질 중에 존재할 수 있거나, 이들 화합물 중 어느 하나 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물이 매질을 형성할 수 있다. 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 둘 모두가 존재할 경우, 이성질체는 공비 혼합물(azeotropic mixture)을 형성할 수 있다.

시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 제조하는 방법은 공지되어 있다. 따라서, 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 [(Z)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐] 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물이 린들라(Lindlar) 촉매 및 수소를 사용하여 하스텔로이(Hastelloy)로 제조된 관형 반응기(tube reactor)에서 헥사플루오로-2-부틴의 선택적 수소화에 의해 제조될 수 있다(US 2008/0269532 A1). 더욱이, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 [(E) 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 예를 들어, 190℃에서 1,2-디클로로-1,1,4,4,4-펜타플루오로부탄을 증류된 테트라메틸렌설폰과 건조된 불화칼륨의 혼합물에 적가함으로써 제조될 수 있다(DE 43 05 163 A1).

본 발명의 추가의 유리한 구체예에서, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 매질 중에서 30 mbar 내지 250 mbar 범위(경계값 포함)의 분압으로 존재한다.

본 발명에 따른 장치가 광범위한 온도 범위에 대해 사용되거나, 광범위한 온도 범위로 처리될 수 있고 매질의 절연 및/또는 소호 성질이 매질 조성에 대해 크게 의존하기 때문에, 많은 경우에 본 발명의 조성은 가능한 또는 특정된 온도 범위의 하한에서도 매질의 구성성분의 응축이 일어나지 않도록 선택될 필요가 있는데, 왜냐하면, 이러한 응축은 불가피하게 매질의 구성성분/구성성분들의 조성 및/또는 농도에서의 변화와 관련되어 있기 때문이다. 또한, 매질의 조성 및/또는 농도에서의 이러한 변화는 절연 및/또는 소호 성질에 악영향을 끼칠 수 있다.

본 발명에 따르면, 예를 들어, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 -30℃ 이상의 사용 온도의 경우에 응축이 일어나지 않으면서 매질 중 약 50 mbar (이하)의 분압으로 존재하는 것이 가능하다. 또한, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐은 예를 들어, -5℃ 이상의 사용 온도에서 응축이 일어나지 않으면서 약 200 mbar (이하)의 분압으로 사용될 수 있다. 본 발명의 장치에 대한 매질의 성분(들)의 적합한 분압/적합한 분압들은 화합물의 비등점 및 고려되어야 하는 최소 온도를 토대로 하여 당업자들에 의해 간단한 방법으로 결정될 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 구체예에서, 매질은 하기 중에서 선택될 수 있는 하나 이상의 화합물(들) 및/또는 엘레먼트(들)과 함께 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유한다:

- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 케톤(fluorinated ketone)(들),

- 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀(들)으로서, 추가의 하이드로플루오로올레핀(들)은 어떠한 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는/포함하지 않는 하이드로플루오로올레핀(들),

- 산소,

- 질소,

- 일산화질소,

- 이산화질소,

- 일산화이질소,

- 이산화탄소,

- 일산화탄소,

- 아르곤(argon) 및/또는

- 네온(neon).

언급된 화합물(들) 및/또는 엘레먼트(들)은 성층권의 오존층에 대해 손상 효과가 없거나 단지 작은 손상 효과만 있으며, SF₆과 비교하여 단지 낮은 지구 온난화 지수를 갖는다는 특징이 있다.

따라서, 예를 들어, 하이드로플루오로올레핀은 퍼플루오로올레핀(perfluoroolefin), 퍼플루오로알칸(perfluoroalkane) 및 SF₆ 보다 화학적으로 덜 안정한데, 그 이유는 이들이 탄소에 결합된 적어도 하나의 수소 원자 및 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖기 때문이다. 이에 따라, 하이드로플루오로올레핀은 SF₆과 비교하여 대기 중 수명이 상당히 더 짧다. 적어도 하나의 탄소 기가 그 안에 존재함으로 인해 유사한 상황이 플루오르화 케톤에 적용된다.

1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 하나 이상의 플루오르화 케톤(들) 및/또는 하이드로플루오로올레핀(들)과 혼합하는 것은 유리하게는 매질(절연 가스, 유체)의 유전 강도가 증가되게 할 수 있다. 여기서, 각각의 플루오르화 가스 성분은 해리 결합에 의한 초기 가스 방전을 억제하는데 기여한다. 이러한 가스 혼합물의 추가의 이점은 각각의 불소-함유 가스 성분이 가스 혼합물 중 그 개개의 포화 증기압까지 확장되는 분압으로 존재할 수 있다는 점이다. 즉, 0℃에서, 플루오르화 케톤(들) 및/또는 하이드로플루오로올레핀(들)이 예를 들어, 270 mbar의 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 이외에 가스 혼합물 중에 존재할 수 있다는 점이다.

본 특허 출원의 목적 상, "플루오르화 케톤"은 작용기로서 적어도 하나의 카보닐기(carbonyl group) (>C=O)를 함유하고, 그것의 케톤 기(ketone group)(C-C(O)-C)가 적어도 3개의 탄소 원자를 갖는 화합물이다. 적어도 하나의 불소 원자는 "플루오르화 케톤"의 적어도 하나의 탄소 원자에 결합된다.

또한, 본 특허 출원에서 사용되는 바와 같은 표현 "플루오르화 케톤"은

- 퍼플루오로케톤(perfluoroketone) 및 하이드로플루오로케톤(hydrofluoroketone),

- 포화 및 불포화 화합물,

- 선형, 분지형 또는 고리형 탄소 사슬을 갖는 화합물 및/또는

- 2개 이상의 카보닐기를 갖는 화합물을 포함한다.

이에 따라 본 발명에 따라 매질의 구성성분일 수 있는 "플루오르화 케톤"은 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 갖는다. 카보닐 탄소를 제외하고, 각각의 추가의 탄소 상의 하나, 둘 또는 모든 결합은 불소 원자에 의해 점유될 수 있다.

3개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 케톤으로서, 플루오로아세톤, 1,3-디플루오로아세톤, 1,1,3-트리플루오로아세톤, 1,1,1-트리플루오로아세톤, 1,1,1,3-테트라플루오로아세톤, 1,1,3,3-테트라플루오로아세톤, 1,1,1,3,3-펜타플루오로아세톤, 헥사플루오로아세톤이 언급될 수 있다.

4, 5 또는 6 개의 탄소 원자를 갖는 바람직한 플루오르화 모노케톤 및 디케톤의 추가의 예는 하기와 같다:

케톤에 대한 구조식에 표기된 라디칼(radical) R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹ 및 R¹²는 각각 서로 독립적으로 수소 원자 또는 불소 원자이다. 여러 구조식에서 라디칼 R의 넘버링(numbering)은 순전히 예시의 목적인 것이지 체계적인 것은 아니다. 이는 어느 한 구조식에서 특정 넘버링을 갖는 라디칼이 수소 원자일 수 있고, 또 다른 구조식에서 동일 넘버링을 갖는 라디칼이 불소 원자일 수 있으며, 그 반대도 가능할 수 있음을 의미한다.

특히 3 또는 4 개의 탄소 원자를 갖는 플루오로케톤의 경우에, 이들 화합물의 흔한 독성 성질로 인해 사람들의 보호 측면에서 적절한 안전 조치(최대 작업장 농도, 주변에 노출되는 경우에서의 안전 조치 등)에 주의가 기울어져 왔다.

본 특허 출원의 목적상 하이드로플루오로올레핀은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 유기 화합물이다. 수소 원자가 적어도 하나의 탄소 원자 상의 적어도 하나의 결합 위치에 결합되고, 불소 원자가 적어도 하나의 탄소 원자 상의 적어도 하나의 결합 위치에 결합된다.

또한, 하이드로플루오로올레핀은 본 특허 출원에 따라

- 복수의 이중 결합 및/또는

- 선형, 분지형 또는 고리형 탄소 사슬을 가질 수 있다.

2 개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀의 예는 1-플루오로에탄, 1,2-디플루오로에탄 및 트리플루오로에탄이다.

3 개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀의 예는 1-플루오로프로펜, 2-플루오로프로펜, 3-플루오로프로펜, 1,1-디플루오로프로펜, 1,2-디플루오로프로펜, 1,3-디플루오로프로펜, 1,1,2-트리플루오로프로펜, 1,1,3-트리플루오로프로펜, 1,2,3-트리플루오로프로펜, 2,3,3,-트리플루오로프로펜, 1,2,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로펜, 1,1,3,3,3-펜타플루오로프로펜, 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜, 1,1-디플루오로프로파디엔, 1,2-디플루오로프로파디엔, 트리플루오로프로파디엔이다.

4, 5 또는 6 개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀의 추가의 바람직한 예는 하기와 같다:

하이드로플루오로올레핀에 대한 구조식에 표기된 라디칼 R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹ 및 R¹²는 각각 서로 독립적으로 수소 원자 또는 불소 원자이다. 여러 구조식에서 라디칼 R의 넘버링은 순전히 예시의 목적인 것이지 체계적인 것은 아니다. 이는 어느 한 구조식에서 특정 넘버링을 갖는 라디칼이 수소 원자일 수 있고, 또 다른 구조식에서 동일 넘버링을 갖는 라디칼이 불소 원자일 수 있으며, 그 반대도 가능할 수 있음을 의미한다.

본 발명은 시스- 및 트랜스 이성질체 뿐만 아니라 그것들이 각각의 화합물에 존재하는 한, 플루오로케톤 및/또는 하이드로플루오로올레핀의 (S) 및 (R) 배열을 포함한다.

매질 중 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 외에 임의로 존재하는 플루오로케톤(들) 및/또는 하이드로플루오로올레핀(들)은 바람직하게는 분자 내 2 개 이하의 수소 원자를 갖는다. 분자 내 보다 큰 수의 수소 원자가 존재하는 경우, 이들 화합물의 가연성(combustibility) 및 이에 따라 예를 들어 전기 아크의 경우에 폭발 위험이 또한 증가한다.

상기 기술된 플루오로케톤 및/또는 하이드로플루오로올레핀에 대한 대안으로서 또는 그 외에, 하나 이상의 추가의 가스상 성분이 매질 중에 존재하는 것이 가능하다. 이러한/이들 가스상 구성성분(들)은 예를 들어, (a) 공기의 자연 구성성분(들) 및/또는 (a) 희가스(noble gas)(들), 바람직하게는 산소, 질소, 일산화질소, 이산화질소, 일산화이질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤 및/또는 네온일 수 있다.

산소가 매질 중 추가의 가스상 구성성분으로서 존재하는 경우, 매질 중 비율은 바람직하게는 ≤ 5부피% 이어야 한다. 매질 중 산소의 이러한 낮은 비율에서, 심지어 가연성 하이드로플루오로올레핀 및/또는 플루오로케톤의 방출 상한이 초과된다.

본 발명에 따르면, 유전 강도를 증가시키고, 지구 온난화 지수 또는 작업장 한도 값(workplace limit value)이 또한 상기 언급된 구성성분의 것들보다 높을 수 있는 추가의 가스상 구성성분이 존재할 수 있고, 이들의 농도는 지구 온난화 지수에 대한 한도 값 및 혼합물에 의해 정해지는 최대 작업장 농도에 대해 충분히 낮게 선택된다. 이러한 물질의 예는 화학식 C_nF_2n ₊ ₁CN을 갖는 플루오르화 니트릴(fluorinated nitril)이며, 이들의 비등점 및 유전 강도는 탄소 원자 수가 증가함에 따라 증가하지만, 이들의 지구 온난화 지수 및 독성은 탄소 원자 수가 증가함에 따라 감소한다.

본 발명의 장치 및 이의 유리한 구체예에서, 매질은 유리하게는 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 대기압 보다 낮은 분압을 갖도록 하는 포뮬레이션(formulaton) 또는 조성을 갖는다. 고려되는 온도 하한의 함수로서 적합한 분압의 예는 상기 언급되었다. 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 외에는 추가의 성분이 매질 중에 존재하지 않을 경우, 이러한 매질은 이에 따라 장치 중 대기압 미만의 압력을 갖는다. 추가의 가스상 성분이 매질 중에 존재하는 경우, 특히 공기 및/또는 희가스, 예를 들어, 산소, 질소, 일산화질소, 이산화질소, 일산화이질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤 및/또는 네온의 상기 언급된 자연 구성성분 중 하나 이상을 사용할 때, 장치 매질이 대기압과 동일하거나 보다 높은, 예를 들어 약 1.5 bar 내지 약 7 bar 범위의 압력을 갖는 것이 가능하다.

본 발명의 장치는 어떠한 특정 제한이 적용되지 않으며, 1 kV 또는 그 초과의 전위를 갖거나, 어느 한 작동 상태에서 이러한 전위가 적용되는 디바이스를 갖는 어떠한 장치일 수 있다. 이러한 디바이스의 예는 변압기, 전력선, 회수 레일(collection rail), 분리 스위치, 전원 스위치, 부하 분리 스위치, 접지 스위치, 보호장치, 릴레이(relay) 등이 있다.

1 kV 내지 약 72 kV 범위의 전위는 흔히 중간 전압으로서 언급되는 반면, 72 kV 초과 범위의 전위는 고전압으로서 언급되지만, 중간 전압과 고전압 간의 경계는 명확하게 정의되지 않으며 시간이 지남에 따라 변화되었다. 본 발명의 장치 또는 그 안에 존재하는 디바이스는 어떠한 경우에 가장 넓은 의미로 중간 전압 또는 고 전압에 대해 의도된 장치/디바이스이다.

본 발명의 장치는 또한 강한 전기장이, 흔히 있드시 예를 들어 가속기 발전소(accelerator plant)에서 발생하는 것일 수 있다. 하전되거나 하전되지 않은 입자, 예를 들어, 전자(electron), 중성자(neutron), 양성자(proton) 또는 중 이온(heavy ion)에 대한 가속기 발전소에서는, 흔히 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 적어도 하나의 도파관이 존재한다.

여러 유형의 가속기 발전소가 공지되어 있으며, 이들은 특히 입자의 가속이 선형인지 원형인지의 여부에 의해 구별된다. 본 발명에 의해 포함되는 선형 가속을 갖는 가속기 발전소의 예는 예를 들어 반 드 그라프 가속기(Van de Graaff accelerator), 펠렛트론(pelletron), 직렬 가속기(tandem accelerator), 코크로프트 월튼 가속기(Cockcroft Walton accelerator), 다이나미트론(dynamitron), 선형 가속기(linear accelerator), 및 웨이크필드 가속기(Wakefield accelerator)가 있다. 본 발명에 의해 포함되는 원형 가속(즉, 나선형, 로제트형(rosette-like), 또는 고리형 폐쇄형 트랙(ring-shaped closed track))을 갖는 가속기 발전소의 예는 베타트론(betatron), 사이클로트론(cyclotron), 마이크로트론(microtron), 싱크로트론(synchrotron), 저장링 가속기(storage ring accelerator) 및 로도트론(rhodotron)이 있다.

예를 들어, 중성자, 양성자 또는 중 이온(예를 들어, 탄소 이온)이 의료/치료 목적으로 사용되는 가속기 발전소에서, 피봇팅 조인트(pivoting joint)는 가속된 입자의 매우 정확한 적용을 위해 필요하며, 이들은 흔히 비교적 높은 누설률(leakage rate)을 갖는다. 이러한 이유로, 이러한 가속기 발전소에는 매질의 비교적 빈번한 보충이 절대적으로 필요하다. 이러한 가속기 발전소에 대해, 또한 본 발명은 이전에 주로 사용된 SF₆이 매우 훨씬 더 낮은 지구 온난화 지수를 갖는 유체에 의해 대체될 수 있다는 이점을 제공한다. 본 발명에 따른 매질이 이들 가속기 발전소에 사용되는 경우, 대기로의 매질의 기술적으로 피할 수 없는 누출이 온실 효과에 측정가능한 기여를 야기하지 않는다.

또한, 본 발명은 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 유체를 사용하는 방법을 제공한다. 상기 방법은

- 장치의 작동 상태에서 1 kV 또는 그 초과의 전위를 갖는 적어도 하나의 전기 디바이스를 갖고/거나 입자 가속을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 장치를 제공하는 단계로서, 디바이스가 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질을 위해 제공되는 용기에 적어도 부분적으로 배열되는 단계 및

- 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질로서 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐으로 이루어지거나 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는 매질을 용기 내에 도입시키는 단계를 포함한다.

상기 방법의 첫번째 유리한 구체예에서, 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물로 이루어지거나 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물을 포함하는 매질이 용기에 도입된다.

상기 방법의 두번째 유리한 구체예에서, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 30 mbar 내지 250 mbar 범위(경계값 포함)의 분압으로 존재하는 매질이 용기에 도입된다. 여기서, 매질의 도입은 물론 또한 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 특정 분압이 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐-함유 매질의 용기로의 도입시에만 달성되도록 수행될 수 있다. 예를 들어, 가스상 매질이 용기 중에 초기에 존재하는 것이 가능하고, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐-함유 매질이 특정 분압이 달성될 때까지 도입되는 것이 가능하다.

또한, 상기 방법의 세번째 유리한 구체예에서, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 매질이 하기 중에서 선택될 수 있는 하나 이상의 화합물 및/또는 엘레먼트와 함께 용기에 도입된다:

- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 케톤(들),

- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀(들),

- 산소,

- 질소,

- 일산화질소,

- 이산화질소,

- 일산화이질소,

- 이산화탄소,

- 일산화탄소,

- 아르곤 및/또는

- 네온.

본 발명에 따르면, 상기 선택은 유전 강도를 증가시키는 추가의 가스상 구성성분, 예를 들어 플루오르화 니트릴 C_nF_2n ₊ ₁CN을 포함할 수 있으며, 이러한 추가의 가스상 구성성분의 지구 온난화 지수 또는 작업장 한도 값은 또한 상기 구성성분의 것들보다 높을 수 있고, 이들의 농도는 지구 온난화 지수에 대한 한도 값 및 혼합물에 의해 정해지는 최대 작업장 농도에 대해 충분히 낮게 선택된다.

본 발명의 방법의 이러한 구체예에서, 또한, 매질의 개개의 성분은 물리적으로 별도로 및/또는 시간 경과에 따라 분리되어 용기에 도입될 수 있다.

끝으로, 본 방법의 네번째 유리한 구체예에서, 상기 언급된 매질 중 하나는 저장소로부터 스위칭 이벤트(switching event)가 스위칭 이벤트 즉시 일어나는 영역에 있는 가스-절연 스위칭 발전소(gas-insulated switching plant)로 취입될 수있다. 이러한 목적을 위한 장치 및 방법은 당업자들에게 공지되어 있다.

본 발명의 장치와 관련하여 상기에서 언급된 것, 이의 유리한 구체예 및 이로써 달성될 수 있는 이점은 또한 본 발명의 방법과 유사하게 적용된다. 유사하게, 본 발명의 장치 및 이의 유리한 구체예의 기재로부터 당업자들에 의해 용이하게 도출될 수 있는 본 발명의 방법의 구체예가 본 특허 출원에 의해 포함된다.

본 특허 출원은 본 발명의 독창적이고/거나, 바람직하고/거나 유리한 구체예를 기술한다. 그러나, 본 발명의 보호 범위는 이로 제한되지 않고 첨부되는 청구범위에 의해 한정되며, 청구범위에서 특정되는 엘레먼트의 등가물인 엘레먼트는 특허 출원의 보호 범위를 결정할 때에 마땅히 고려되어야 한다.

Claims

장치의 작동 상태에서 1 kV 또는 그 초과의 전위(electric potential)를 갖는 적어도 하나의 전기 디바이스(electric device) 및/또는 입자 가속을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 장치로서, 디바이스는 가스상의(gaseous), 전기 절연(electrical insulation) 및/또는 전기 아크 소호 매질(electric arc extinguishing medium)을 함유하는 하우징(housing) 내에 일부 또는 전부 배열되고, 매질이 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐으로 이루어지거나 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함함을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 매질이 시스(cis)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스(trans)-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물로 이루어지거나 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 매질 중 30 mbar 내지 250 mbar 범위(경계값 포함)의 분압(partial pressure)으로 존재함을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 매질이 하기로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 화합물(들) 및/또는 엘레먼트(element)(들)과 함께 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유함을 특징으로 하는 장치:
- 3 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 니트릴(fluorinated nitril)(들),
- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 케톤(fluorinated ketone)(들),
- 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin)(들)으로서, 추가의 하이드로플루오로올레핀(들)은 어떠한 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는/포함하지 않는 하이드로플루오로올레핀(들),
- 산소,
- 질소,
- 일산화질소,
- 이산화질소,
- 일산화이질소,
- 이산화탄소,
- 일산화탄소,
- 아르곤(argon) 및/또는
- 네온(neon).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 변압기, 전력선, 회수 레일(collection rail), 분리 스위치(separating switch), 전원 스위치(power switch), 부하 분리 스위치(load separating switch), 접지 스위치(grounding switch), 보호장치, 릴레이(relay) 및/또는 도파관(waveguider)이거나, 언급된 디바이스 중 적어도 하나를 가짐을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 전자(electron), 중성자(neutron), 양성자(proton) 또는 중 이온(heavy ion)에 대한 가속기 디바이스(accelerator device)임을 특징으로 하는 장치.
가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질을 사용하는 방법으로서,
- 장치의 작동 상태에서 1 kV 또는 그 초과의 전위를 갖는 적어도 하나의 전기 디바이스를 갖고/거나 입자 가속을 위한 적어도 하나의 디바이스를 갖는 장치를 제공하는 단계로서, 디바이스를 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질을 위해 제공되는 용기에 일부 또는 전부 배열시키는 단계 및
- 가스상의, 전기 절연 및/또는 전기 아크 소호 매질로서 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐으로 이루어지거나 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 포함하는 매질을 용기 내에 도입시키는 단계를 포함하는 방법.
제7항에 있어서, 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물로 이루어지거나 시스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐, 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐 또는 시스- 및 트랜스-1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐의 혼합물을 포함하는 매질을 용기 내에 도입시키는 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐이 30 mbar 내지 250 mbar 범위(경계값 포함)의 분압으로 존재하는 매질을 용기 내에 도입시키는 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 하기로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 화합물 및/또는 엘레먼트와 함께 1,1,1,4,4,4-헥사플루오로-2-부텐을 함유하는 매질을 용기 내에 도입시키는 방법:
- 3 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 니트릴(들),
- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화 케톤(들),
- 3 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 하이드로플루오로올레핀(들),
- 산소,
- 질소,
- 일산화질소,
- 이산화질소,
- 일산화이질소,
- 이산화탄소,
- 일산화탄소,
- 아르곤 및/또는
- 네온.