УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯЦИОННЫЙ ГАЗ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ФТОРОРГАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ
DEVICE CONTAINING DIELECTRIC INSULATING GAS INCLUDING FLUOROORGANIC COMPOUNDS

Настоящее изобретение относится к устройству для генерации, распределения и/или использования электрической энергии, а также к способу эксплуатации такого устройства, в соответствии с преамбулой независимых пунктов формулы изобретения. В частности, термин "распределение электрической энергии" может в общем включать передачу или распределение электрической энергии с любым напряжением.
Диэлектрические изоляционные среды в жидком или газообразном состоянии традиционно применяются для изоляции электрических компонентов в различных устройствах, таких как, например, распределительные устройства, подстанции с газовой изоляцией (GIS), линии с газовой изоляцией (GIL) или трансформаторы.
В среде или высоковольтном распределителе, помещенном в металлический кожух, например, электрический компонент размещен в газонепроницаемом кожухе, который определяет изолирующее пространство, указанное изолирующее пространство включает изоляционный газ и отделяет от корпуса электрические компоненты, препятствуя прохождению электрического тока. Для разрыва тока в высоковольтном распределителе изолирующий газ дополнительно действует как газ обрыва дуги.
В последнее время было предложено использование фторорганического соединения в качестве изолирующего газа. В частности, WO-A-2010/142346 раскрывает диэлектрическую изоляционную среду, включающую фторкетон, имеющий 4-12 атомов углерода. Диэлектрическая изоляционная среда, включающая гидрофтормоноэфир, раскрыта в WO-A-2012/080222.
6
Обе группы соединений, как было показано, имеют высокие изоляционные характеристики, в частности высокую электрическую прочность, а также высокую способность обрыва дуги. В то же время, они имеют очень низкий потенциал глобального потепления (GWP) и очень низкую токсичность. Сочетание этих характеристик делает эти фторорганические соединения наиболее пригодными в качестве замены для SF (гексафторид серы), который обычно использовался в качестве диэлектрической изолирующей среды, но который, как известно, обладает высоким GWP.
FR 2965120 раскрывает выключатель, включающий диэлектрический изоляционный газ и содержащий фторкетон, который является частично жидким и частично газообразным, и включающий средство для абсорбции молекул, которые образуются после ионизации фторкетона в дуге.
6
Однако особенно во время, например, операции переключения, которая сопровождается высоким повышением температуры в изолирующем пространстве, фторорганические соединения могут быть подвержены разложению. Образование продуктов разложения также может иметь место из-за частичного разряда и может, в частности, происходить при высоком содержании влаги в изолирующем пространстве. Полученные продукты разложения рекомбинируют с трудом, что возможно для некоторых продуктов разложения SF. Это имеет особое значение, так как один продукт разложения фторорганического соединения является фтористым водородом (HF), который оказывает сильное коррозионное действие и очень токсичен.
В целях обеспечения безопасной работы устройства продукты разложения фторорганических соединения должны, таким образом, легко удаляться из изолирующего пространства.
Удаление продуктов разложения теоретически может быть достигнуто использованием адсорбента, которым адсорбируется продукт разложения и необратимо связывается.
Однако, в частности, при использовании сильнополярного фторорганического соединения, такого как фторкетон, присутствие адсорбента может привести к уменьшению количества фторорганического соединения и, таким образом, к ухудшению изоляционных характеристик и обрыва дуги изоляционного газа.
Учитывая эти недостатки, задачей настоящего изобретения является, таким образом, создание устройства с использованием диэлектрического изоляционного газа, включающего фторорганическое соединение, указанное устройство сохраняет свое изолирующее пространство по существу свободным от вредных продуктов разложения без ухудшения характеристик изоляционной и обрыва дуги изоляционного газа. Эта проблема решается с помощью объекта в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с п. 1 настоящее изобретение относится к устройству генерации, распределения или использования электрической энергии. Устройство включает корпус, ограничивающий изолирующее пространство, и электрический компонент, расположенный в изолирующем пространстве. Изолирующее пространство содержит диэлектрический изоляционный газ, включающий фторорганическое соединение А. Кроме того, устройство включает молекулярное сито, расположенное так, чтобы контактировать с изоляционным газом.
В соответствии с настоящим изобретением молекулярное сито имеет средний размер пор у большего размера молекулы, по меньшей мере, одного продукта разложения фторорганического соединения А, генерируемого в процессе работы устройства, и с адсорбционной способностью и/или абсорбционной способностью молекулярного сита относительно фторорганического соединения А ниже, чем относительно, по меньшей мере, одного продукта разложения.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет селективно удалять продукт(ы) разложения из изолирующего пространства, оставляя фторорганических соединение А неадсорбированным и/или неабсорбированным и оставляя таким образом изолирующую способность и свойства обрыва дуги изоляционного газа, по меньшей мере, почти неизменными или, по меньшей мере, почти без ухудшения.
Термин "адсорбционная способность" охватывает любые адсорбционные процессы, такие как физическая адсорбция и/или хемосорбция. Физическая адсорбция может, в частности, определяться или зависеть от размера молекул диэлектрической среды и размера пор молекулярного сита. Хемосорбция может, в частности, определяется или зависеть от химических, обычно обратимых, взаимодействий между молекулами диэлектрической среды и молекулярным ситом.
Термин "корпус", используемый в контексте настоящего изобретения, следует понимать в широком смысле как любую, по меньшей мере, практически замкнутую систему. В частности, термин охватывает несколько камер, соединенных друг с другом. В частности, "корпус" включает камеру, в которой находится электрический компонент и которая может быть соединена с системой рециркуляции, которой удаляется диэлектрический изоляционный газ, обрабатывается (например, очистка) и возвращается в камеру. "Корпус" дополнительно включает камеру, в которой находится электрический компонент и которая может быть соединена с камерой предварительной обработки для предварительной обработки диэлектрического изоляционного газа перед введением в камеру.
Кроме того, термин "расположенный так, чтобы контактировать с изоляционным газом" следует понимать в широком смысле, и охватывает осуществления, где имеется постоянный контакт молекулярного сита с изоляционным газом, а также осуществления, в которых имеется только временный контакт.
Термин "продукты разложения" относится к соединениям, содержащим меньше атомов, чем фторорганическое соединение А, из которого они получены и таким образом в большинстве случаев размеры молекул которого также существенно меньше, чем размеры молекулы фторорганического соединения А.
В соответствии с осуществлением, фторорганическое соединение А имеет более низкую энергию адсорбции (т.е. энергия физической или химической связи) и/или абсорбции (т.е. энергия химической связи) молекулярным ситом, чем, по меньшей мере, один продукт разложения. Таким образом, силы, действующие между адсорбированным и/или абсорбированным соединением и молекулярным ситом (в частности ван-дер-ваальсовы силы, такие как лондоновские дисперсионные силы, диполь-индуцированный диполь, диполь-дипольные и квадрупольные взаимодействия, а также силы ковалентной связи) слабее в случае фторорганического соединения А, чем в случае, по меньшей мере, одного продукта разложения.
Дополнительно или альтернативно, также размеры пор молекулярного сита могут быть выбраны таким образом, что его адсорбционная способность и/или абсорбционная способность относительно фторорганического соединения А ниже, чем относительно продукта разложения. В частности, размер пор выбирают достаточно малым, чтобы удерживать фторорганическое соединение А вне пор и, таким образом, предотвратить адсорбцию и/или абсорбцию поверхностью пор.
В связи с этим, было установлено, что молекулярные сита в осуществлениях имеют средний размер пор у менее 15 Е, предпочтительно менее 13 Е, более предпочтительно менее 11 Е, более предпочтительно равный или менее 9, предпочтительно менее 7 Е, более предпочтительно менее 6 Е и наиболее предпочтительно около 5 Е. В частности, фторкетон, имеющий пять или более атомов углерода, не входит в поры размером менее 9, и, следовательно, не адсорбируется поверхностью таких пор и/или не абсорбируется поверхностью таких пор.
В соответствии с другими осуществлениями настоящего изобретения молекулярное сито, по меньшей мере, временно насыщено фторорганическим соединением А, это означает, что содержание фторорганического соединения А в молекулярном сит, выше, чем его содержание в диэлектрическом изоляционном газе, находящемся в равновесии в условиях эксплуатации устройства. В этом осуществлении не предотвращается проникновение фторорганического соединения в поры молекулярного сита, а, напротив, вводят в молекулярное сито, в частности, путем воздействия на последнее газа, в которой парциальное давление фторорганического соединения А выше, чем в диэлектрическом изоляционном газе, присутствующем во время работы устройства. Во время работы устройства фторорганическое соединение, заполнившее молекулярное сито, по меньшей мере, частично замещается, по меньшей мере, одним продуктом разложения, адсорбированным на молекулярном сите и/или абсорбированным молекулярными ситом. Молекулярное сито согласно настоящему осуществлению действует таким образом одновременно как "резервуар" для фторорганического соединения А, а также как "приемник" для продукта разложения.
В осуществлениях для обеспечения эффективного удаления, по меньшей мере, одного продукта разложения, а также воды молекулярное сито имеет средний размер пор у, который составляет, по меньшей мере, 2,7 Е, предпочтительно, по меньшей мере, 2,8 Е, более предпочтительно, по меньшей мере, 2,9 Е, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 3 Е. Было установлено, что этот размер пор является достаточным для достижения хорошего проникновения, по меньшей мере, одного продукта разложения и воды в молекулярное сито и, таким образом, хорошей адсорбции на и/или абсорбции поверхностью пор. Удаление воды имеет большое значение не только с точки зрения сниженного формирования продуктов разложения, но также и с точки зрения предотвращения коррозии твердых элементов электрического устройства, в частности подвижных частей.
В других осуществлениях молекулярное сито представляет собой цеолит, т.е. микропористый алюмосиликатный минерал, который был подвергнут катионному обмену для достижения искомого размера пор. Подходящие цеолиты включают ZEOCHEM молекулярные сита 3А (с размером пор 3 Е), 4А (с размером пор 4 Е) и 5А (с размером пор 5 Е).
В дальнейших осуществлениях подходящие цеолиты могут включать, например, ZEOCHEM молекулярное сито 13Х (с размером пор около 9 Е). Это может улучшить емкость "резервуара", например, для С5-фторкетона при сохранении адсорбционной способности и/или абсорбционной способности относительно продуктов разложения, в частности, когда молекулярное сито, по меньшей мере, частично или даже полностью защищено от сорбции воды, по меньшей мере, одним осушителем, дополнительно присутствующим в устройстве. Размер пор более 9 Е или более, в частности до 15 Е, также может быть полезным, когда более крупные молекулы, чем С5-фторкетон, включены во фторорганическое соединение А.
В соответствии с настоящим изобретением устройство дополнительно включает, по меньшей мере, один осушитель, размещенный так, чтобы контактировать с изоляционным газом. Этот осушитель отличается от определенного выше молекулярного сита.
В частности, по меньшей мере, один осушитель является осушителем, который в основном адсорбирует (или абсорбирует) воду. Более предпочтительно когда, по меньшей мере, один осушитель имеет более высокую гидрофильность, чем молекулярное сито, это означает, что он имеет более высокую склонность связывать воду, чем молекулярное сито, и/или, по меньшей мере, один осушитель связывает воду необратимо при нормальных условиях работы устройства. Другими словами, осушитель более гигроскопичен, чем молекулярное сито. Таким образом, осушитель служит для защиты молекулярного сита от воды или влаги.
За счет гидрофильности осушителя вода эффективно удаляется из изолирующего пространства. Таким образом, поверхность молекулярного сита не пересыщена молекулами воды, указанное пересыщение может ухудшить, в частности, в относительно влажном изолирующем пространстве способность молекулярного сита удалять, по меньшей мере, один продукт разложения и может привести к неэффективной адсорбции и/или абсорбции продукта разложения.
В осуществлениях, по меньшей мере, тип одного осушителя отличается от типа молекулярного сита, т.е. сам осушитель не является молекулярным ситом. В более конкретных осуществлениях осушитель не принадлежит группе, состоящей из: алюминия, оксида алюминия, активированного оксида алюминия, активированного угля, цеолита и их комбинаций. Эти осуществления могут применяться в любом аспекте настоящего изобретения.
В осуществлениях, по меньшей мере, один осушитель выбран из группы, состоящей из: кальция, сульфата кальция, в частности драйерита, карбоната кальция, гидрида кальция, хлорида кальция, карбоната калия, гидроксида калия, сульфата меди(II), оксида кальция, магния, оксида магния, сульфата магния, перхлората магния, натрия, сульфата натрия, алюминия, алюмогидрида лития, оксида алюминия, активированного оксида алюминия, монтморрилонита, пентоксида фософора, силикагеля и целлюлозного фильтра.
Поэтому особенно предпочтительно, по меньшей мере, один осушитель выбран из группы, состоящей из: кальция, сульфата кальция, в частности драйерита, карбоната кальция, гидрида кальция, хлорида кальция, карбоната калия, гидроксида калия, сульфата меди(II), оксида кальция, магния, оксида магния, сульфата магния, перхлората магния, натрия, сульфата натрия, алюмогидрида лития, монтморрилонита, пенткосида фосфора, силикагеля и целлюлоный фильтр.
Среди них сульфат кальция, сульфат магния и сульфат натрия являются особенно предпочтительными.
Настоящее изобретение включает осуществления, в которых только один осушитель содержится в устройстве, а также осуществления, в которых содержится два или несколько осушителей (т.е. два или более различных типов осушителей).
В соответствии с осуществлением, по меньшей мере, один осушитель и/или молекулярное сито (который присутствует и, в частности, который может быть использован) находится в зоне устройства, имеющей температуру ниже, чем средняя температура в устройстве в условиях эксплуатации. В этом осуществлении процессы разложения газа, которые могут проходить на осушителе и/или на молекулярном сите за счет поверхностного катализа, могут быть значительно заторможены или исключены. В частности, осушитель и/или молекулярное сито может находиться в зоне, в которой находится средство охлаждения, в частности наружное средство охлаждения.
В этом отношении предпочтительно, чтобы осушитель и/или молекулярное сито находился или находились в зоне устройства, имеющего температуру на 40 К (Кельвин) ниже температуры окружающей среды, более предпочтительно на 20 К (Кельвин) ниже температуры окружающей среды.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения и в соответствии с предпочтительными осуществлениями осушитель и/или молекулярное сито (который присутствует и, в частности, который может быть использован) находится или находятся в виде порошка. В частности, осушитель и/или молекулярное сито предназначен или предназначены быть, по меньшей мере, по существу свободным, в частности, свободным от любого связующего, чтобы исключить возможные проблемы в отношении совместимости материала внутри устройства. В частности, связующее создает нежелательные адсорбционные центры для сорбции воды, которая затем доступна для нежелательной реакции с фторорганическим соединением, в частности С5-кетоном или С5-фторкетоном (C5FK). Разрушение молекул C5FK может в конечном итоге снизить электрическую прочность изоляционного газа. Таким образом, исключение связующего материала может быть преимущественным.
Во всех аспектах изобретения особенно предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один осушитель и/или молекулярное сито (который присутствует) находится или находятся в проницаемом контейнере и/или нанесен или нанесены на носитель, что обеспечивает интенсивный контакт между осушителем и/или молекулярным ситом соответственно с изоляционным газом. В осуществлениях этот проницаемый контейнер или носитель может иметь форму, например, трубки, рулона, ткани, ламели или соты.
В соответствии с осуществлением, по меньшей мере, один осушитель и/или молекулярное сито состоит, по меньшей мере, из одного проницаемого контейнера, крышка которого является проницаемой, по меньшей мере, для воды и, более конкретно, является полупроницаемой мембраной, которая обладает селективной проницаемостью для воды. В этом осуществлении проницаемый контейнер может быть, например, в форме пакета-саше.
В соответствии с осуществлением два или несколько проницаемых контейнеров, в частности саше, размещены в рамке или держателе отделенными друг от друга. За счет зазоров между проницаемыми контейнерами и, таким образом, за счет их доступной площади поверхности может быть достигнута высокая газопроницаемость во внутренней части контейнера и, таким образом, хороший контакт, по меньшей мере, одного осушителя и/или молекулярного сита с изоляционным газом.
В конкретном осуществлении проницаемые контейнеры размещены в прямоугольной рамке и более конкретно расположены параллельно друг другу. Если проницаемым контейнером является саше, то, как правило, оно облицовано тканью.
В соответствии с другими осуществлениями проницаемые контейнеры, в частности саше, являются гибкими и свободно концентрично расположены в концентрическом держателе.
В соответствии с другими осуществлениями фторорганическое соединение выбрано из группы, состоящей из: фторирэфиров, в частности гидрофтормоноэфиров, фторкетонов и фторолефинов, в частности гидрофторолефинов и их смесей. Было установлено, что эти классы соединений имеют очень высокие изоляционные характеристики, в частности высокую диэлектрическую прочность (или напряженность поля при пробое), и в то же время низкий GWP и низкую токсичность.
Изобретение охватывает как осуществления, в которых диэлектрический изоляционный газ включает либо один из фторэфира, в частности гидрофтормоноэфира, фторкетона и фторолефина, в частности гидрофторолефина, так и осуществления, в которых он включает смесь, по меньшей мере, двух из этих соединений.
Термин "фторэфир", используемый в контексте настоящего изобретения, охватывает как перфторэфиры, т.е. полностью фторированные эфиры, так и гидрофторэфиры, т.е. простые эфиры, которые фторированы только частично. Термин также включает насыщенные соединения, а также ненасыщенные соединения, то есть соединения, включающие двойные и/или тройные связи. По меньшей мере, частично фторированные алкильные цепи, соединенные с атомом кислорода фторэфира, могут быть независимо друг от друга линейными или разветвленными.
Термин "фторэфиры" охватывает нециклические и циклические эфиры. Таким образом, две алкильные цепи, соединенные с атомом кислорода, необязательно могут образовывать кольцо. В частности, термин охватывает фтороксираны. В конкретном осуществлении фторорганическое соединение А в соответствии с настоящим изобретением является перфтороксираном или гидрофтороксираном, более конкретно перфтороксираном или гидрофтороксираном, включающим от трех до пятнадцати атомов углерода.
В соответствии с другими осуществлениями диэлектрический изоляционый газ включает гидрофтормоноэфир, содержащий, по меньшей мере, три атома углерода. Помимо своей высокой диэлектрической прочности, эти гидрофтормоноэфиры являются химически и термически стабильными до температуры выше 140°С. Они дополнительно являются нетоксичными или имеют низкий уровень токсичности. Кроме того, они не являются коррозионно-активными и невзрывоопасными.
Термин "гидрофтормоноэфир" в соответствии с использованием в описании относится к соединению, имеющему одну и только одну эфирную группу, указанная группа простого эфира связывает две алкильные группы, которые могут быть независимо друг от друга линейными или разветвленными и которые необязательно могут образовывать кольцо. Соединение, таким образом, явным образом отличается от соединений, описанных, например, в US-B-7128133, которые относятся к применению соединений, содержащих две простые эфирные группы, то есть гидрофтордиэфирам в качестве теплопередающих жидкостей.
Термин "гидрофтормоноэфир", используемый в описании, кроме того, следует понимать таким образом, что моноэфир частично гидрирован и частично фторирован. Также его следует понимать таким образом, что он может включать смесь гидрофтормоноэфиров различной структуры. Термин "различной структуры" должен широко охватывать различие в общей формуле или структурной формуле гидрофтормоноэфира.
6
Как указано выше, гидрофтормоноэфиры, содержащие, по меньшей мере, три атома углерода, как было установлено, имеют относительно высокую диэлектрическую прочность. В частности, отношение диэлектрической прочности гидрофтормоноэфиров в соответствии с настоящим изобретением к электрической прочности SF больше, чем около 0,4.
Как уже упоминалось, GWP гидрофтормоноэфиров является низким. Предпочтительно GWP составляет менее 1'000 в течение 100 лет, более точно менее 700 в течение 100 лет.
Указанные в описании гидрофтормоноэфиры имеют относительно низкую продолжительность пребывания в атмосфере и, кроме того, лишены атомов галогена, которые играют роль в каталитическом цикле разрушения озона, а именно Cl, Br или I. Их ODP равен нулю, что очень выгодно с точки зрения экологии.
Преимущество гидрофтормоноэфира, содержащего, по меньшей мере, три атома углерода и, таким образом, имеющего относительно высокую температуру кипения более -20°С, основано на том, что более высокая точка кипения гидрофтормоноэфира обычно приводит к более высокой диэлектрической прочности.
В соответствии с другими осуществлениями гидрофтормоноэфир содержит ровно три или четыре, или пять, или шесть атомов углерода, в частности именно три или четыре атома углерода, наиболее предпочтительно ровно три атома углерода.
Более конкретно гидрофтормоноэфир является, таким образом, по меньшей мере, одним соединением, выбранным из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых часть атомов водорода замещена атомом фтора:
При использовании гидрофтормоноэфира, содержащего три или четыре атома углерода, не происходит сжижения в типичных условиях эксплуатации. Таким образом, может быть получена диэлектрическая изоляционная среда, каждый компонент которой находится в газообразном состоянии в условиях эксплуатации устройства.
При рассмотрении воспламеняемости соединений дополнительным преимуществом является то, что отношение числа атомов фтора к общему числу атомов фтора и водорода, кратко называемое в описании "доля-F", в гидрофтормоноэфире составляет, по меньшей мере, 5:8. Было установлено, что соединения, соответствующие этому определению, обычно являются негорючими и таким образом приводят к изолирующей среде, соответствующей высоким требованиям безопасности. Таким образом, требования безопасности к электрическим изоляторам и способам их изготовления могут быть легко выполнены с использованием соответствующего гидрофтормоноэфира.
В соответствии с другими осуществлениями отношение числа атомов фтора к числу атомов углерода, кратко называемое в описании "F/C-отношением", находится в пределах 1,5:1-2:1. GWP таких соединений обычно составляет менее 1'000 в течение 100 лет и таким образом является весьма благоприятным для окружающей среды. В частности, предпочтительно, чтобы гидрофтормоноэфир имел GWP менее 700 в течение 100 лет.
В соответствии с другими осуществлениями настоящего изобретения гидрофтормоноэфир имеет общую структуру (О)
где a и d независимо представляют собой целое число 1-3, причем а+d=3 или 4, или 5, или 6, в частности 3 или 4, b и с независимо представляют собой целое число 0-11, в частности 0-7, причем b+c=2a+1, и е и f независимо представляют собой целое число 0-11, в частности 0-7, причем е+f=2d+1, при этом, по меньшей мере, один из b и е равен 1 или более и, по меньшей мере, один из с и f равен 1 или более.
Таким образом, предпочтительным является осуществление, в котором в общей структуре или формуле (О) гидрофтормоноэфира:
а равно 1, b и с независимо являются целым числом 0-3, причем b+c=3, d=2, е и f независимо представляют собой целое число 0-5, причем е+f=5, причем, по меньшей мере, один из b и е равен 1 или более и, по меньшей мере, один из с и f равен 1 или более.
В соответствии с более предпочтительным осуществлением только один из с и v в общей структуре (О) равен 0. Соответствующее расположение фтора с одной стороны простой эфирной связи, с другой стороной остающейся незамещенной, называется "сегрегация". Было установлено, что сегрегация снижает температуру кипения по сравнению с несегрегированными соединениями с той же длиной цепи. Этот признак, таким образом, представляет особый интерес, так как соединения с более длинной цепью, обеспечивающие более высокую диэлектрическую прочность, могут быть использованы без риска сжижения в условиях эксплуатации.
3
2
3
3
2
3
Наиболее предпочтительно гидрофтормоноэфир выбирают из группы, состоящей из пентафтор-этил-метилового эфира (CH-O-CFCF) и 2,2,2-трифторэтил-трифторметилового эфира (CF-O-CHCF).
Пентафтор-этил-метиловый эфир имеет точку кипения +5,25°С и GWP 697 в течение 100 лет с долей-F 0,625, тогда как 2,2,2-трифторэтил-трифторметиловый эфир имеет точку кипения +11°С и GWP 487 в течение 100 лет с долей-F 0,75. Они оба имеют ODP, равный 0, и таким образом экологически вполне приемлемы.
Кроме того, было установлено, что пентафтор-этил-метиловый эфир термически стабилен при температуре 175°С в течение 30 дней и, следовательно, полностью подходит для условий эксплуатации, предусмотренных для устройства. Поскольку исследования термической устойчивости гидрофтормоноэфиров с более высокой молекулярной массой показали, что эфиры, содержащие полностью гидрированные метальные или этильные группы, имеют более низкую термическую стабильность по сравнению с имеющими частично гидрированные группы, то можно предположить, что термическая стабильность 2,2,2-трифторэтил-трифторметилового эфира еще выше.
Гидрофтормоноэфиры в целом и пентафтор-этил-метиловый эфир, а также 2,2,2-трифторэтил-трифторметиловый эфир, в частности, представляют низкий риск токсического воздействия на человека. Такой вывод можно сделать из имеющихся результатов испытаний HFC (гидрофторуглеродов) на млекопитающих. Кроме того, информация о коммерческих гидрофтормоноэфирах не дает каких-либо доказательств канцерогенности, мутагенности, последствий репродуктивных/развития и других хронических эффектов для соединений настоящей заявки. На основании данных, доступных для коммерческих гидрофторэфиров с более высокой молекулярной массой, можно сделать вывод, что гидрофтормоноэфиры и, в частности, пентафтор-этил-метиловый эфир, а также 2,2,2-трифторэтил-трифторметиловый эфир имеют летальную концентрацию LC 50 выше 10'000 частей на миллион, что делает их пригодными и с токсикологической точки зрения.
Вышеуказанные гидрофтормоноэфиры имеют более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух. В частности, пентафтор-этил-метиловый эфир имеет диэлектрическую прочность приблизительно в 2,4 раза выше, чем воздух при давлении 1 бар.
С учетом точки кипения, которая предпочтительно ниже 55°С, более предпочтительно ниже 40°С, в частности ниже 30°С, указанные гидрофтормоноэфиры, в частности пентафтор-этил-метиловый эфир и 2,2,2-трифторэтил-трифторметиловый эфир, соответственно обычно находятся в газообразном состоянии в условиях эксплуатации. Таким образом может быть получена диэлектрическая изоляционная среда, в которой каждый компонент находится в газообразном состоянии в условиях эксплуатации устройства, что является преимуществом.
Альтернативно или дополнительно к вышеуказанным гидрофтормоноэфирам диэлектрический изоляционный газ включает фторкетон, содержащий от четырех до двенадцати атомов углерода.
Термин "фторкетон", в соответствии с использованием в данной заявке, следует толковать в широком смысле и включает перфторкетоны и гидрофторкетоны и должен дополнительно включать насыщенные соединения и ненасыщенные соединения, то есть соединения, включающие двойные и/или тройные связи. По меньшей мере, частично фторированная алкильная цепь фторкетонов может быть линейной или разветвленной. В примерах осуществлений фторкетон является перфторкетоном. В другом примере осуществления фторкетон имеет разветвленную алкильную цепь, в частности, по меньшей мере, частично фторированную алкильную цепь. В другом примере осуществления фторкетон является полностью насыщенным соединением.
По сравнению с фторкетонами, имеющими большую длину цепи, более шести атомов углерода, фторкетоны, содержащие пять или шесть атомов углерода, имеют преимущество в сравнительно низкой точке кипения. Таким образом, проблем, которые могут возникать за счет сжижения, можно избежать, даже когда устройство используется при низких температурах.
В соответствии с осуществлениями фторкетон является, по меньшей мере, одним соединением, выбранным из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:
Фторкетоны, содержащие пять или более атомов углерода, обладают дополнительным преимуществом, потому что они, как правило, нетоксичны с диапазонами, безопасными для человека. Это отличает их от фторкетонов, имеющих менее четырех атомов углерода, таких как гексафторацетон (или гексафторпропанон), которые токсичны и очень реакционно-способны. В частности, фторкетоны, содержащие ровно пять атомов углерода, кратко называемые в описании фторкетоны а), и фторкетоны, содержащие ровно шесть атомов углерода, термически стабильны до 500°С.
В осуществлениях настоящего изобретения фторкетоны, в частности фторкетоны а), имеющие разветвленную алкильную цепь, являются предпочтительными, потому что их точки кипения ниже, чем температуры кипения соответствующих соединений (т.е. соединений с такой же молекулярной формулой), имеющих прямую алкильную цепь.
5
10
В соответствии с осуществлениями фторкетон а) является перфторкетоном, в частности, имеет молекулярную формулу CFO, т.е. полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Фторкетон а) предпочтительно может быть более выбран из группы, состоящей из 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-она (также называемый декафтор-2-метилбутан-3-оном), 1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-декафторпентан-2-она, 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-декафторпентан-3-она и октафторциклопентанона и наиболее предпочтительно 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бтан-2-она.
1,1,1,3,4,4,4-Гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он может быть представлен следующей структурной формулой (I):
3
3
2
5
10
Было установлено, что 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он, кратко называемый в описании "С5-кетон" молекулярной формулы CFC(O)CF(CF), или CFO является особенно предпочтительным для применения в качестве изолятора для высоких и средних напряжений, потому что он имеет преимущество в характеристиках диэлектрической изоляции, в частности в смеси с диэлектрическим газом носителем, имеет очень низкий GWP и низкую температуру кипения. Его ODP равен 0 и практически не токсичен.
В соответствии с осуществлениями, даже более высокие характеристики изоляции могут быть достигнуты объединением смеси различных фторкетонов. В осуществлениях фторкетон, содержащий ровно пять атомов углерода, как описано выше, и кратко называемый в описании фторкетон а), и фторкетон, содержащий ровно шесть атомов углерода или ровно семь атомов углерода, кратко называемый в описании фторкетон с), могут быть преимущественно частью диэлектрической изоляции одновременно. Таким образом может быть получена изоляционная среда, имеющая более одного фторкетона, каждый отдельно вносящий вклад в прочность изоляции диэлектрической среды.
В осуществлениях дополнительный фторкетон с) является, по меньшей мере, одним соединением, выбранным из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:
а также любого фторкетона, имеющего ровно 6 атомов углерода, в котором, по меньшей мере, частично фторированная алкильная цепь фторкетона образует кольцо, которое замещено одной или несколькими алкильными группами (IIh);
и/или, по меньшей мере, одного соединения, выбранного из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:
в частности, додекафторциклогептанона,
а также любого фторкетона, имеющего ровно семь атомов углерода, в котором, по меньшей мере, частично фторированная алкильная цепь фторкетона образует кольцо, которое замещено одной или несколькими алкильными группами (IIIo).
Настоящее изобретение также включает, в частности, каждую комбинацию любых соединений в соответствии со структурными формулами Ia-Id с любыми соединениями в соответствии со структурными формулами IIa-IIg и/или IIIa-IIIn. Кроме того, настоящее изобретение включает каждое соединение или каждую комбинацию соединений, выбранных из группы, состоящей из соединений в соответствии со структурными формулами (Ia)-(II), (IIa)-(IIh), (IIIa)-(IIIo), и их смесей.
В зависимости от конкретного применения устройства в соответствии с настоящим изобретением фторкетон, содержащий ровно шесть атомов углерода (подпадающий под вышеуказанное обозначение "фторкетон с)", может быть предпочтительным; такой фторкетон является нетоксичным с диапазонами, безопасными для человека.
6
12
В осуществлениях фторкетон с) подобно фторкетону а) представляет собой перфторкетон и/или имеет разветвленную алкильную цепь, в частности, по меньшей мере, частично фторированную алкильную цепь и/или фторкетон с) включает полностью насыщенные соединения. В частности, фторкетон с) имеет молекулярную формулу CFO, т.е. является полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Более предпочтительно фторкетон с) может быть выбран из группы, состоящей из 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-она (также называемый додекафтор-2-метилпентан-3-оном), 1,1,1,3,3,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-2-она (также называемый додекафтор-4-метилпентан-2-оном), 1,1,1,3,4,4,5,5,5-нонафтор-3-(трифторметил)пентан-2-она (также называемый додекафтор-3-метилпентан-2-оном), 1,1,1,4,4,4-гексафтор-3,3-бис(трифторметил)бутан-2-она (также называемый додекафтор-3,3-(диметил)бутан-2-оном), додекафторгексан-2-она, додекафторгексан-3-она и декафторциклогексанона, и, в частности, является указанным 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-оном.
1,1,1,2,4,4,5,5,5-Нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-он (также называемый додекафтор-2-метилпентан-3-оном) может быть представлен следующей структурной формулой (II):
2
5
3
2
cr
Как было установлено, 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он (кратко называемый в описании "С6-кетоном" с молекулярной формулой CFC(O)CF(CF) является особенно предпочтительным для применения в изоляции высокого напряжения из-за его высоких изолирующих свойств и чрезвычайно низкого GWP. В частности, его поле пробоя при пониженном давлении составляет около 240 кВ/см/бар, что значительно выше, чем у воздуха, имеющего плохую диэлектрическую прочность (E=25 кВ/см/бар). Он имеет озоноразрушающий потенциал, равный 0, и нетоксичен (LC50 около 100'000 м.д.). Таким образом, воздействие на окружающую среду является низким и в то же время с диапазонами, безопасными для человека.
Как было указано выше, фторорганическое соединение также может быть фторолефином, в частности гидрофторолефином. Более конкретно фторолефин или гидрофторолефин соответственно содержит ровно три атома углерода.
В соответствии с особенно предпочтительным осуществлением гидрофторолефин, таким образом, выбран из группы, состоящей из: 1,1,1,2-тетрафторпропена (HFO-1234yf), 1,2,3,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234ус), 1,1,3,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234zc), 1,1,1,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234ze), 1,1,2,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234ye), 1,1,1,2,3-пентафторпропена (HFO-1225ye), 1,1,2,3,3-пентафторпропена (HFO-1225yc), 1,1,1,3,3-пентафторпропена (HFO-1225zc), (Z) 1,1,1,3-тетрафторпропена (HFO-1234zeZ), (Z) 1,1,2,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234yeZ), (Е) 1,1,1,3-тетрафторпропена (HFO-1234zeE), (Е) 1,1,2,3-тетрафтор-2-пропена (HFO-1234yeE), (Z) 1,1,1,2,3-пентафторпропена (HFO-1225yeZ), (Е) 1,1,1,2,3-пентафторпропена (HFO-1225yeE) и их смесей.
В соответствии с осуществлениями изобретения диэлектрический изоляционный газ дополнительно содержит газ-носитель. Более предпочтительно диэлектрический изоляционный газ включает фторорганическое соединение, в частности фторкетон, имеющий ровно пять атомов углерода, при парциальном давлении, соответствующем давлению пара фторорганического соединения при минимальной рабочей температуре устройства, причем остальная часть диэлектрического изоляционного газа является газом-носителем или включает газ-носитель. Таким образом, фторорганическое соединение А, в частности фторкетон, имеющий ровно пять атомов углерода, присутствует полностью в газовой фазе в изолирующем пространстве.
2
2
2
2
2
2
2
В связи с этим газ-носитель предпочтительно включает компонент воздуха. В частности, газ-носитель следует выбрать из группы, состоящей из: кислорода (О), азота (N), диоксида углерода (CO) и воздуха. В частности, газ-носитель может представлять собой смесь N и О или газ-носитель может представлять собой смесь СО и О. Альтернативно или дополнительно газ-носитель также может включать благородный газ, и/или оксид азота, и/или диоксид азота.
2
2
2
2
В соответствии с осуществлениями носитель включает О, так как это позволяет эффективно предотвратить или уменьшить образование вредных продуктов разложения. Когда газ-носитель включает О, парциальное давление О предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно вдвое выше парциального давления фторорганического соединения. В частности, для применения в коммутаторах газ-носитель может включать СО.
Технические эффекты, на которых основано настоящее изобретение, а именно эффективное удаление, по меньшей мере, одного продукта разложения без влияния на характеристики изоляции и обрыва дуги диэлектрического изоляционного газа, включающего фторорганическое соединение, имеют особое значение для устройства, в котором корпус герметично ограничивает изоляционное пространство. Кроме того, устройство предпочтительно является тем, в котором электрический компонент является блоком среднего напряжения или высокого напряжения.
В осуществлениях устройство, в частности устройство с газовой изоляцией, относится к: распределительному устройству, в частности металлическому с газовой изоляцией (или по-другому) капсульному выключателю (GIS) или его части и/или его компоненту. В частности, устройство может быть шиной, изоляционной втулкой, кабелем, кабелем с газовой изоляцией, кабельной муфтой, линией с газовой изоляцией (GIL), трансформатором, трансформатором тока, трансформатором напряжения, разрядником, заземлителем, разъединителем, комбинированным разъединителем и заземлителем, выключателем нагрузки, размыкателем цепи, и/или любым типом выключателя с газовой изоляцией; высоковольтным устройством, устройством среднего напряжения, устройством низкого напряжения, устройством постоянного тока, воздушным изолятором, металлическим с газовой изоляцией капсульным выключателем, датчиками, конденсатором, индуктивностью, сопротивлением, ограничителем тока, реле высокого напряжения, газовым выключателем, вакуумным выключателем, выключателем генератора, выключателем среднего напряжения, блоком кольцевой магистрали, автоматическим устройством повторного отключения, разъединительной вставкой, выключателем низкого напряжения, распределительным трансформатором, силовым трансформатором, переключателем выходных обмоток, вводом трансформатора, силовыми полупроводниковыми устройствами, инвертором, преобразовательной подстанцией, преобразователем, вычислительной машиной и компонентами и/или комбинацией таких устройств.
Молекулярное сито и необязательно осушитель может быть расположен в камере (часть корпуса), в которой находится электрический компонент, а также в системе рециркуляции и/или камере предварительной обработки (образующие дополнительные части корпуса).
В соответствии с осуществлениями корпус включает камеру, в которой находится электрический компонент, и систему рециркуляции, включающую молекулярное сито и необязательно осушитель, например целлюлозные фильтры.
В осуществлениях осушитель размещен в системе рециркуляции, в частности в камере, так что диэлектрический изоляционный газ на первой стадии контактирует с осушителем, чтобы уменьшить или устранить содержание влаги, и только после этого (или, по меньшей мере, большой процент или большая часть потом) на второй стадии контактирует с молекулярным ситом, чтобы уменьшить или устранить содержание продуктов разложения.
В осуществлениях система рециркуляции снабжена компрессором и насосом для перекачивания диэлектрического изоляционного газа, по меньшей мере, через один фильтр, включающий молекулярное сито и необязательно осушитель. После этого высушенный и очищенный диэлектрический изоляционный газ может быть повторно введен в камеру. В ходе операции измеряют влажность, плотность, давление и/или содержание продукта(ов) разложения, например, с помощью газовой хроматографии и/или инфракрасной спектроскопии и контролируют соответствующей (мульти-) сенсорной системой. Электрическое устройство таких осуществлений является особенно предпочтительным, так как оно позволяет очистить и/или высушить диэлектрический изоляционный газ без откачки изолирующего пространства.
В более общем плане, корпус включает камеру, в которой расположен электрический компонент, и систему рециркуляции, включающую, по меньшей мере, один элемент из молекулярного сита и осушителя (который присутствует), и корпус снабжен компрессором и насосом для перекачивания диэлектрического изоляционного газа, по меньшей мере, через один фильтр, включающий, по меньшей мере, один компонент из молекулярного сита и осушителя.
2
2
2
При необходимости, может быть предусмотрено средство для введения компонентов газа-носителя адсорбирующегося и/или абсорбируемого молекулярным ситом и/или осушителем (который присутствует). В осуществлениях средство для введения компонентов газа-носителя является средством для повторного заполнения после ввода в эксплуатацию или во время работы устройства компонентов газа носителя, адсорбированных на и/или абсорбированных молекулярным ситом и/или осушителем. Средство для повторного заполнения может быть, например, размещено или связано с вышеуказанной системой рециркуляции. В других осуществлениях средство для повторного заполнения СО, в частности средство для повторного заполнения СО, во время работы устройства может быть предусмотрено для компенсации адсорбированного и/или абсорбированного количества СО. Это позволяет уменьшить колебание давления в устройстве или исключить блокировку устройства из-за низкого давления диэлектрического изоляционного газа, присутствующего в устройстве для генерации, распространения и/или использования электрической энергии.
В частности, с учетом вышеописанного осуществления, в котором молекулярное сито, по меньшей мере, временно насыщено фторорганическим соединением А, настоящее изобретение также относится к способу эксплуатации устройства, как описано выше, причем указанный способ включает стадию сорбции молекулярным ситом фторорганического соединения А, в частности, включающий стадию или стадии:
- временного воздействия газа на молекулярное сито, в котором парциальное давление фторорганического соединения А выше, чем в диэлектрическом изоляционном газе, присутствующем во время работы устройства; и/или
- охлаждения молекулярного сита до температуры ниже температуры, достигаемой во время работы устройства, и воздействия на охлажденное молекулярное сито газа, включающего фторорганическое соединение; и/или
- контактирования молекулярного сита с жидкостью, включающей фторорганическое соединение,
для сорбции молекулярным ситом фторорганического соединения А.
Таким образом, особенно предпочтительно, чтобы во время работы устройства фторорганическое соединение, сорбированное молекулярным ситом, по меньшей мере, частично замещалось, по меньшей мере, одним продуктом разложения, адсорбированным на молекулярным сите и/или абсорбированным молекулярным ситом.
В осуществлениях способа эксплуатации устройства молекулярное сито может быть размещено в среде с контролируемой температурой, в частности в нагреваемой среде внутри корпуса, в которой температура молекулярного сита контролируется таким образом, что заданное количество сорбированного фторорганического соединения может быть выделено в заданный момент или возможность молекулярным ситом. Это позволяет регулировать количество фторорганического соединения А в диэлектрическом изоляционном газе и/или освободить молекулярное сито, по меньшей мере, от части фторорганического соединения А и таким образом обеспечить дополнительную адсорбционную способность молекулярного сита для адсорбции и/или абсорбции продуктов разложения. Таким образом, контроль температуры и, в частности, контроль нагрева молекулярного сита повышает его производительность и гибкость в качестве резервуара для фторорганического соединения А и в качестве приемника или ловушки для конкретного продукта разложения.
В соответствующих осуществлениях устройства устройство включает средство контроля температуры для управления температурой молекулярного сита. В частности, устройство включает средство нагрева для нагрева молекулярного сита. Средства контроля температуры или средства нагрева выполнены с возможностью выделения заданного количество сорбированного фторорганического соединения А из молекулярного сита в заданный момент, в частности, для регулирования количества фторорганического соединения А в диэлектрическом изоляционном газе и/или для освобождения молекулярного сита, по меньшей мере, от части фторорганического соединения А.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение относится также к устройству генерации, распределения и/или использования электрической энергии, в частности, в соответствии с осуществлениями, раскрытыми в описании, с помощью устройства, включающего кожух, ограничивающий изолирующее пространство и электрический компонент, размещенный в изолирующем пространстве, в котором изолирующее пространство содержит диэлектрический изоляционный газ, включающий фторорганическое соединение А, характеризующийся тем, что устройство дополнительно включает осушитель, размещенный так, чтобы контактировать с изоляционным газом. При этом, по меньшей мере, один осушитель выбран из группы, состоящей из: кальция, сульфата кальция, в частности драйерита, карбоната кальция, гидрида кальция, хлорида кальция, карбоната калия, гидроксида калия, сульфата меди(II), оксида кальция, магния, оксида магния, сульфата магния, перхлората магния, натрия, сульфата натрия, алюмогидрида лития, монморрилонита, пенткосида фосфора, силикагеля и целлюлозного фильтра.
Этот объект сам по себе подходит для решения задачи настоящего изобретения. Было установлено, что образование токсичных и коррозионных продуктов разложения из фторорганического соединения А в основном вызвано воздействием на соединение частичных разрядов и/или дуги в присутствии воды. Таким образом, за счет снижения содержания воды с использованием осушителя также снижается образование этих продуктов разложения. Кроме того, уменьшение содержания воды предотвращает твердые компоненты электрооборудования, в частности подвижные части от коррозии, что дополнительно способствует безопасной эксплуатации устройства.
Кроме того, было установлено, что осушитель, указанный в описании, полностью совместим с фторорганическим соединением А и что сочетание обоих не приводит к каким-либо негативным последствиям для их характеристик.
Предпочтительные вышеуказанные признаки объекта, включающего молекулярное сито, также относятся к объекту, включающему осушитель без молекулярного сита.
В конкретных осуществлениях осушитель не является одним из группы, состоящей из: алюминия, оксида алюминия, активированного оксид алюминия, активированного угля, цеолита и их комбинаций.
В осуществлениях с другим аспектом настоящего изобретения вышеуказанные конкретные осушители другого аспекта настоящего изобретения также могут быть объединены с молекулярным ситом, отличающимся от осушителя, и любого типа и размера пор, который расположен так, чтобы контактировать с изоляционным газом.
Третий аспект настоящего изобретения относится к устройству для генерации, распределения и/или использования электрической энергии, в частности, как описано выше, указанное устройство включает корпус, ограничивающий изолирующее пространство, и электрический компонент, расположенный в изолирующем пространстве, изолирующее пространство содержит диэлектрический изоляционный газ, включающий фторорганическое соединение А, причем устройство дополнительно включает, по меньшей мере, один компонент из молекулярного сита и осушителя, расположенный так, чтобы контактировать с изоляционным газом, и, по меньшей мере, один компонент из, по меньшей мере, одного компонента из молекулярного сита и осушителя находится или находятся в виде порошка.
Предпочтительные вышеуказанные признаки объекта, включающие молекулярное сито или осушитель без молекулярного сита, также относятся к объекту третьего аспекта молекулярного сита и/или осушителя в виде порошка. В частности, молекулярное сито может иметь средний размер пор у больше размера молекулы, по меньшей мере, одного продукта разложения фторорганического соединения А, генерируемого в процессе работы устройства, и адсорбционная способность и/или абсорбционная способность молекулярного сита по фторорганическому соединению может быть ниже, чем, по меньшей мере, по одному продукту разложения. Кроме того, в частности, по меньшей мере, один осушитель может быть выбран из группы, состоящей из: кальция, сульфата кальция, в частности драйерита, карбоната кальция, гидрида кальция, хлорида кальция, карбоната калия, гидроксида калия, сульфата меди(II), оксида кальция, магния, оксида магния, сульфата магния, перхлората магния, натрия, сульфата натрия, алюмогидрида лития, оксида алюминия, активированного оксида алюминия, монморрилонита, пенткосида фосфора, силикагеля и целлюлозного фильтра
В конкретных осуществлениях третьего аспекта, по меньшей мере, один компонент из молекулярного сита и осушителя не является активированным углем.
Настоящее изобретение далее иллюстрируется следующими примерами (вместе с прилагаемыми):
фиг. 1, показывающей изменение давления и температуры (внешней), измеренные в ходе испытания устройства, включающего молекулярное сито по настоящему изобретению, с внутренней частью испытуемого устройства, заполненной на двух последовательных стадиях фторорганическим соединением и воздухом;
фиг. 2, показывающей первый вариант расположения осушителя и/или молекулярного сита в порошкообразной форме, для включения в устройство в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 3а, показывающей второй вариант расположения осушителя и/или молекулярного сита в порошкообразной форме, для включения в устройство в соответствии с настоящим изобретением в перспективе; и
фиг. 3b, показывающей продольный разрез компоновки, представленной на фиг. 3а.
Пример 1
50 г ZEOCHEM молекулярного сита 5А (с размером пор около 5 ) помещают внутрь испытуемого устройства объемом 4,6 л. Затем внутреннюю часть вакуумируют до менее 1 мбар.
Газообразным 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-оном ("С5-фторкетон", имеющим размер молекулы около 7 Е), заполняют внутреннюю часть до давления 412 мбар (отмечено А на фиг. 1). На втором этапе заполняют синтетическим воздухом до общего давления 826 мбар (отмечено В на фиг. 1). Внутреннее давление (показано сплошной линией на фиг. 1) газа и наружную температуру (показана пунктирной линией на фиг. 1) контролируют в течение всего процесса заполнения и наблюдения, зависимость от времени которых показана на фиг. 1.
После этого 1 г воды вводят внутрь испытуемого устройства и снова контролируют внутреннее давление газа и наружную температуру в течение всего процесса заполнения и наблюдения (не показаны).
Как показано на фиг. 1, общее давление после добавления воздуха (на втором этапе В) остается постоянным в течение всего времени наблюдения. Соответствующие колебания температуры, показанные пунктирной линией, находятся в очень небольшом диапазоне и поэтому являются незначительными. Таким образом, С5-фторкетон не адсорбируется на молекулярном сите в этом осуществлении.
После введения воды наблюдается повышение давления на около 7 мбар, что значительно ниже, чем ожидаемое увеличение давления в отсутствие молекулярного сита (которое было бы около 30 мбар, соответствующее давлению паров воды при комнатной температуре), таким образом, это указывает на адсорбцию и/или абсорбцию воды молекулярным ситом. Адсорбция воды завершается приблизительно через 6 часов. Общее давление в конце периода наблюдения составляет около 827 мбар и таким образом соответствует начальному давлению после заполнения С5-фторкетоном и воздухом, как показано на фиг. 1.
Пример 2
20 г ZEOCHEM молекулярного сита 13Х (с размером пор около 9 ) помещают внутрь испытуемого устройства объемом около 0,075 л и затем внутреннюю часть вакуумируют до менее 1 мбар. После вакуумирования внутреннюю часть заполняют газообразным С5-фторкетоном до давления 400 мбар. После заполнения давление сразу снижается до общего давления 20 мбар после 20 мин, что означает, что около 95% С5-фторкетона адсорбируется молекулярным ситом. При этом испытуемый контейнер значительно нагревается до около 40°С.
Это осуществление показывает, что предпочтительно может быть использовано молекулярное сито с размером пор менее 9, в частности, когда фторорганическое соединение является или включает С5-фторкетон. В других осуществлениях, однако, также возможен больший размер пор, равный 9 или более; примером может быть то, что используется фторорганическое соединение А с большим кинетическим диаметром, чем С5-фторкетона, или что приемлемым является некоторая адсорбция и/или абсорбция фторорганического соединения А, в частности С5-фторкетона, молекулярным ситом.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения осушитель также входит в устройство/испытуемое устройство. Два примера размещения, по меньшей мере, одного компонента из молекулярного сита 1 и осушителя 2 (который присутствует) приведены на фиг. 2 и на фиг. 3a и 3b соответственно.
В соответствии с конкретным осуществлением, показанным на фиг. 2, четыре проницаемые контейнера в виде саше 4а, включающие, по меньшей мере, один компонент из молекулярного сита 1 и осушителя 2 в виде порошка, расположены в раме 6а, здесь, например, прямоугольной раме 6а. Саше 4а расположены параллельно друг другу на расстоянии друг от друга таким образом, что между ними образуется соответствующий зазор 8а. В частности, саше 4а в виде листа, длинные стороны которого более или менее соответствуют высоте и глубине рамы 6а. Понятно, что может быть использована любая другая форма, подходящая для соответствующей цели.
В соответствии с осуществлениями на фиг. 3a и 3b рама 6b цилиндрической формы и включает внешний полый цилиндр 10, в котором концентрично расположены два внутренних полых цилиндра 12, 14, средний полый цилиндр 12 и внутренний полый цилиндр 14. В центре расположен стержень 16 соосно с цилиндром. Между стержнем 16 и внутренним полым цилиндром 14, между внутренним полым цилиндром 14 и средним полым цилиндром 12 и между средним полым цилиндром 12 и внешним полым цилиндром 10 сформированы радиальные зазоры 8b', 8b'', 8b''' соответственно. В каждом из зазоров 8b', 8b'', 8b''' прокатанные саше 4b', 4b'', 4b''' соответственно расположены свободно так, что поверхность саше 4b', 4b'', 4b'' неполностью контактирует с поверхностью соответствующих цилиндров 14, 12, 10 и таким образом включает свободную открытую площадь поверхности. Нижний конец рамы 6b может быть закрыт, например, посредством торцевой пластины 18 для ограждения, по меньшей мере, одного компонента из молекулярного сита 1 и осушителя 2 от "выпадения" из зазоров 8b', 8b'', 8b'''.
В осуществлениях может быть выбрано любое количество цилиндров 14, 12, 10, чтобы обеспечить соответствующее пространство или зазоры между цилиндрами 8b', 8b'', 8b''' для размещения и крепления, по меньшей мере, одного компонента из молекулярного сита 1 и осушителя 2 (который присутствует) в контейнерах 4b', 4b'', 4b''', например в саше 4b', 4b'', 4b''', а также для обеспечения доступной для изоляционного газа площади поверхности, по меньшей мере, одного компонента из молекулярного сита 1 и осушителя 2.
В общем, термин "адсорбция" следует понимать в широком смысле, охватывающем поглощение или иммобилизацию молекул (непосредственно или в диссоциированной форме) на поверхности сорбента (т.е. молекулярного сита и/или осушителя) и с возможностью прохождения по любому механизму и, в частности, физическим или химическим связыванием молекул сорбентом. В общем, термин "абсорбция" следует понимать в широком смысле, охватывающем поглощение или иммобилизацию молекул (непосредственно или в диссоциированной форме) в структуре сорбента, и с возможностью прохождения по любому механизму и, в частности, химическим связыванием молекулы (непосредственно или в диссоциированной форме) сорбентом так, что абсорбированные молекулы становятся частью кристаллической структуры сорбента.
В частности, термин "молекулярное сито" должен включать также осуществления, в которых одно молекулярное сито или более одного молекулярного сита присутствует или присутствуют. Термин "молекулярное сито", таким образом, следует понимать, по меньшей мере, как одно молекулярное сито.
В данной заявке термины, подобные "предпочтительный", "предпочтительно", "преимущественный", "подходящий" и т.п., должны определять осуществления или только примеры признаков, которые, раскрытые таким образом, являются необязательными.
Список позиционных обозначений
1 молекулярное сито
2 осушитель
4а плоское саше
4b', 4b'', 4b''' прокатанные саше
6а рама, прямоугольная рама
6b цилиндрическая рама
8а пространство, межплоскостное пространство, плоские зазоры
8b', 8b'', 8b''' пространство, пространство между цилиндрами, радиальные зазоры
10 внешний полый цилиндр
12 средний полый цилиндр
14 внутренний полый цилиндр
16 стержень
18 торцевая пластина