使电气开关装置中的开关介质冷却的电气开关装置和过程

摘要

本发明涉及具有开关室(10)的电气开关装置，该开关室(10)包括至少两个起弧接触件(192、192)，这些起弧接触件可相对于彼此而移动，并且，限定起弧区域(22)，在电流中断操作的期间，在该起弧区域中，形成电弧(20)，其中，开关室(10)充满用于灭弧和介电绝缘的开关介质(20)。开关室(10)还包括排气空间(40、62)，该排气空间流通地连接至起弧区域(22)，以允许经电弧(20)加热的开关介质从起弧区域(22)流出至排气空间(40、62)，从而传热至开关室(10)的金属构件的表面区。该装置的特征在于，开关室(10)中所包含的表面的至少一部分以多孔层(72)覆盖。

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序的包括至少一个开关室的电气开关装置，具体地，涉及断路器或发电机断路器。本发明还涉及用于使电气开关装置(具体地，断路器或发电机断路器)中的开关介质冷却的过程。

背景技术

在常规的断路器中，使用开关气体(也被称为“灭弧气体”)来使在电流中断操作的期间形成的电弧熄灭。出于这一目的，断路器包括一个或多个串联的开关室，这些开关室充满开关气体，并且，根据关于使在起弧区域中生成的电弧熄灭的常规的原理之一(例如，经由例如自行吹熄机理或常规的吹气辅助机理)而运行。消弧期间所造成的热气从起弧区域沿通向排气空间的方向流动，由此，需要使热气在进入罐空间之前，充分地冷却下来。

例如，EP 0 836 209公开了一种断路器，该断路器包括开关室，开关室充满例如SF₆，以作为灭弧气体。根据EP>

为了实现中断性能的改进，EP 1 403 891公开了一种断路器，该断路器具有开关室，开关室充满开关气体，包含起弧区域，且具有至少两个起弧接触件。起弧接触件中的至少一个采取空心管状接触件的形式，该空心管状接触件设置成用于将热气从起弧区域传送至排气空间中，其中，排气空间连接至开关室空间。

如所提到的，典型地，将SF₆用作灭弧气体。对于根据EP>

为了实现改进的中断能力，且同时实现断路器的简单而经济的构造和操作，在WO2013/087687中，提出了一种开关介质，该开关介质包括有机氟化合物，其选自氟醚、氟胺、氟酮以及以上的材料的混合物。这些备选的“非SF₆”开关介质允许良好的介电强度，且同时，表现出非常低的全球变暖潜势(GWP)和大约0的臭氧消耗潜势。尽管根据WO>6相反，感兴趣的有机氟化合物(具体地，氟酮)的分解是不可逆的过程。为了维持断路器的高的中断性能和长寿命，应当使有机氟化合物的分解最小化。

除此之外，且无论所使用的开关介质如何，都持续地需要使排气空间的大小最小化，以允许紧凑设计，且最终允许成本降低。

发明内容

因而，本发明的目标是，提供一种断路器和冷却方法，其允许在选取非常紧凑的设计时，同样地实现高的中断性能。具体地，断路器应当允许在使用非SF₆开关介质时，同样地实现高的中断性能和延长的寿命。通过独立权利要求的电气开关装置和方法或过程而该解决问题。在从属权利要求和权利要求的组合中，定义本发明的实施例。

根据权利要求1，电气开关装置包括至少一个开关室，该开关室包括至少两个接触件，这些接触件可相对于彼此而移动，并且，在其间限定起弧区域，在电流中断操作的期间，在该起弧区域中，形成电弧。因而，起弧区域涉及位于在脱开时，轴向地隔开的接触件之间的区域。

开关室的至少一部分充满开关介质(或“消弧介质”)，该开关介质用于使电弧熄灭，且提供介电绝缘。开关介质典型地是开关气体(或“消弧气体”)；然而，术语“开关介质”还可包含至少一部分为液体的介质，且具体地，包含两相体系，其包括气态部分和液态部分两者。如将在下文中更详细地示出的，开关介质可包括SF₆或备选的非SF₆介电化合物(具体地，有机氟化合物)或SF₆和备选的非SF₆介电化合物的混合物，或基本上由以上的材料组成。

开关室还包括排气空间，该排气空间流通地连接至起弧区域，以允许经电弧加热的开关介质从起弧区域沿通向排气空间的方向流出，从而传热至开关室的金属构件。因而，经由金属构件的表面区而从开关介质吸收热，其中，金属构件的表面区将吸收的热传导开且传导出系统。

根据本发明，开关室中所包含的表面的至少一部分以多孔层覆盖。具体地，金属构件的至少一部分以多孔层覆盖。换句话说，经受经加热的开关介质在其流出的期间所发射的热辐射的区的至少一部分以多孔层覆盖。

更具体地，这适用于未被覆盖而将与经加热的开关介质直接接触的表面或其一部分。换句话说，因而，优选地，多孔层与经加热的开关介质的至少一部分接触。

在本文中，如根据本发明而使用的术语“金属构件”涉及可吸收热且将吸收的热传导出系统的任何金属构件或其一部分。

而且，如在本发明的背景下使用的术语“表面”还包含未直接地暴露，而是被覆盖(具体地，以本发明的多孔层覆盖)的表面。

在更多的特定术语中，且关于EP 1 403 891中提出的基本设计，空心管状接触件的内表面的至少一部分和沿流出的开关介质的方向布置于该接触件的下游的任何其它构件(例如，中间室或布置于中间室中的任何挡板和/或排气空间或包含于排气空间中的任何挡板)可以多孔层覆盖。因而，所提到的内表面(或其一部分)可被视为本发明的含义的范围内的金属构件。在下文中，将对此更详细地进行具体说明。

根据本发明的具体实施例，多孔层因而与经加热的开关介质的至少一部分直接接触。

关于通过排气空间而达到的冷却，适用不同的冷却机理：首先，通过使进入排气空间的热开关气体与排气空间中所包含的较低温度的开关气体混合，从而使该开关气体冷却。其次，通过经由对流和辐射而传热至排气空间中所包含的排气空间壁或任何挡板，从而进一步使热开关气体冷却。

无需受理论约束，假设由于存在多孔层，因而提高热(具体地，热辐射)的吸收，从而导致热开关气体的显著提高的冷却。因而，显著减少通过流入的开关介质而传递至排气空间的热能，因而允许排气空间的更紧凑的设计，且还允许整个装置的更紧凑的总体设计。

根据又一方面，界定罐空间的罐壁的至少一部分被多孔层覆盖。具体地，根据该方面的实施例设计成增强对在正常条件下由于标称电流下的欧姆加热而生成的来自罐空间的热的吸收。同样地，关于开关装置的该非开关条件，可通过本发明而获得提高的热吸收，且因此获得开关气体的提高的冷却，因而允许比在不存在多孔层时可能实现的装置设计更紧凑的装置设计。

具体地，通过欧姆加热而生成的热气撞击涂敷于罐壁上的多孔层，因而允许特别地高效的热吸收。优选地，多孔层从而涂敷于电场应力并非关键的罐壁上(例如，在电场阴影中)。在罐壁的至少一部分被多孔层覆盖的本发明的实施例中，因此，多孔层优选地涂敷于电场应力次最大(即，比罐壁的至少一个其它区域中更低)的罐壁的区域中。

如在本发明的背景下所使用的术语“多孔层”将被广义地解释，并且，包含具有作为开孔型层或闭孔型层的孔隙的任何层。

优选地，多孔层包含多孔绝缘或多孔金属材料(具体地，金属泡沫)和/或陶瓷多孔材料，或基本上由这些材料组成。如将在下文中更详细地讨论的，优选的材料的选取不但取决于将在上面涂敷多孔层的具体的表面，而且还取决于将达到的具体的目标。

对于应当吸收高温峰值热量(如在将使电弧所生成的热开关气体冷却至低于预定的阈值时的情况典型地那样)的实施例，多孔层优选地包含多孔金属或多孔绝缘材料，或基本上由这些材料组成。

特别地优选金属泡沫。金属泡沫是由固体金属(时常为铝)和大的体积部分的充气孔隙组成的蜂窝结构。孔隙可为密封的(闭孔型泡沫)，或孔隙可形成互连网络(开孔型泡沫)。形态结构由孔隙度(ε)和孔隙密度(ω)限定，其中，孔隙密度涉及单位长度上的孔隙数，即，每英寸孔隙(ppi)。

对于大部分气体或固体构件的热将被吸收(如通过在标称电流下在正常条件下进行欧姆加热而生成的热的情况典型地那样)的实施例，多孔层优选地包含陶瓷多孔材料，或基本上由陶瓷多孔材料组成。

在可与本文中所公开的任何其它实施例组合的实施例中，多孔层具有从下者选择的特征性质：至少45%的孔隙度、在15 ppi至70 ppi的范围内的孔隙密度、0.7 mm至2.0 mm的范围内的平均孔隙直径；大于1 mm的厚度；小于50 mm的厚度；以及以上的特征性质的组合。选择具有这样的特征性质的多孔层的方案允许在避免对流动行为的负面影响的同时，达到良好的冷却效率(要求高的孔隙度，即，许多孔隙、或密集的孔隙或大的孔隙)。

在实施例中，多孔层具有至少45%，优选地至少65%，更优选地至少85%，且最优选地至少95%的孔隙度。在整个本公开中，术语“孔隙度”指空隙或孔隙的体积相对于材料或泡沫的总体积的分数。

具体地，鉴于作为高压断路器的电气设备，孔隙密度优选地在15 ppi(每英寸孔隙)至70 ppi的范围内。

根据实施例，多孔层具有与30 ppi(每英寸孔隙)至60 ppi的孔隙密度范围相对应的0.7 mm至2.0 mm的范围内的平均孔隙直径。更优选地，平均孔隙直径属于1 mm至1.5 mm，最优选地1.1 mm至1.3 mm的范围内。已经发现，对于根据本发明的目的，这样的多孔层特别相关。

已经发现，多孔层的孔隙密度的影响与冷却效率相反。为了实现高的冷却效率，因而优选地选取相对较低的孔隙密度。对于多孔层具有大约30 ppi的孔隙密度的具体情况，与不存在多孔层的参考情况相比，确定37%的更低的压力的积聚。这意味着37%的冷却效率。

然而，为了实现相对较高的温度的经加热的开关介质的冷却，相对较高的孔隙密度可为优选的，因为，这允许提供相对较高的热阻的多孔层。因而，为了实现2000 K或更高的经加热的开关介质的冷却，优选地，孔隙密度为50 ppi或更高。

根据本发明的一个具体实施例，经加热的开关介质具有至多2000 K的温度，多孔层具有至多50 ppi的孔隙密度。更具体地，根据该实施例，经加热的开关介质具有至多1500K的温度，多孔层具有至多30 ppi的孔隙密度。

根据备选的实施例，经加热的开关介质具有高于2000 K的温度，多孔层具有高于50 ppi的孔隙密度。

根据非常特定的优选实施例，多孔层具有大约95%的孔隙度和大约45 ppi的孔隙密度。

对于本发明的目的而合适的金属泡沫可优选地通过金属烧结、电沉积、化学气相沉积(CVD)或借助于蒸发而实现的金属沉积而获得。

如上文所提到的，排气空间由排气空间壁界定，排气空间壁的内表面的至少一部分优选地以多孔层覆盖。

根据又一实施例，排气空间挡板布置于排气空间中，排气空间挡板的表面的至少一部分以多孔层覆盖。由于挡板的存在，排气空间中的开关气体的停留时间延长，从而允许由相应的表面吸收非常高的量的热。具体地，排气空间挡板可采取周向壁部分的形式，其中，径向地流出的开关气体撞击周向壁部分。

在挡板布置成使得挡板直接地被沿至少近似地垂直于挡板的方向流动的开关气体撞击的优选的情况下，获得开关气体与挡板表面的特别地密切的接触，且因而，获得非常高效的热吸收。

根据实施例，以多孔层覆盖的至少一个挡板布置成使得挡板充当用于从流出的开关介质(具体地，开关气体)去除尘埃粒子的过滤器。如上文所提到的，具体地，在挡板布置成相对于开关气体的流动方向而至少近似地垂直时，达到该效果。

根据实施例，电气开关装置(且具体地，断路器)还包括中间室，在沿经加热的开关介质的流出的方向观察时，中间室布置于起弧区域与排气空间之间，上述的中间室由中间室壁界定。例如，在EP 1 403 891中，描述相应的表面断路器。根据本发明的优选的实施例，中间室壁的内表面的至少一部分以多孔层覆盖。

考虑到进入中间室的开关气体的相对较高的温度，对于该具体实施例，根据本发明而达到的热辐射的提高的吸收特别相关。出乎意料地，已经发现，中间室壁或其一部分的覆盖未对开关气体的流动行为造成负面影响，而更确切地说，对流动行为产生积极影响。

在另外的实施例中，中间室挡板可布置于中间室中。在该情况下，上述的中间室挡板的表面的至少一部分优选地以多孔层覆盖。

优选地，以多孔层覆盖的表面形成开关室的表面的一部分，或与开关室的表面相对应，具体地，形成从下者选择的表面的一部分，或与从下者选择的表面相对应：排气空间壁的内表面、排气空间挡板的表面、中间室壁的内表面、中间室挡板的表面、这样的表面的任何部分以及以上的表面的组合。具体地，关于这些表面中的任一个的覆盖，多孔层优选地包含多孔绝缘或多孔金属材料，或基本上由该材料组成。根据特别地优选的实施例，多孔层优选地包含多孔金属材料，或基本上由这些材料组成，该多孔金属材料包含金属，或基本上由该金属组成，具体地，从下者选择的金属：铜和铝和/或金属合金，具体地，铁/碳合金，更具体地，钢或铜/锌合金，更具体地，采取多孔的形式的黄铜或镍合金。

如同样地提到的，排气空间向外通向由罐壁界定的罐空间中。根据又一优选的实施例，罐壁的内表面的至少一部分以多孔层覆盖。

如果开关装置包括用于积聚开关介质的压力(且因而，用于辅助熄灭过程)的自行吹熄空间(或“吹气空间”或“固定的加热空间”)，则也有可能自行吹熄空间的内壁的至少一部分以多孔层覆盖。根据具体实施例，开关装置因而还包括用于积聚开关介质的压力的自行吹熄空间，上述的自行吹熄空间的内壁的至少一部分以多孔层覆盖。这允许特别地高效的热量提取，最终允许用于吹电弧的开关介质的温度的高效降低。

具体地，关于罐壁的内表面或其一部分的覆盖，多孔层包含陶瓷多孔材料，或基本上由陶瓷多孔材料组成，该陶瓷多孔材料包含采取多孔的形式的氧化铝陶瓷(具体地，具有至少45%，优选地至少65%，更优选地至少85%，且最优选地至少95%的孔隙度的多孔氧化铝陶瓷)，或由该氧化铝陶瓷组成。

无论由哪种材料制成，多孔层都优选地具有大于1 mm，优选地大于2 mm，更优选地大于3 mm，且最优选地大于4 mm的厚度。已经发现，该厚度的多孔层允许达到非常高的冷却性能。考虑到厚度，被气流中所包含的粒子堵塞的孔隙所引起的对冷却性能的任何影响都可以忽略。

由于根据本发明，多孔材料在开关室中所包含的表面的至少一部分上形成层这一事实，如上文所提到的，不对开关气体的流动行为造成负面影响。在这点上，本发明与多孔材料形成布置于气体的流路中的主体所依据的技术不同。具体地，本发明的多孔层与主要旨在对气体进行过滤的根据EP 1 895 558的收集器不同，且与熄灭气体所经过的根据DE 198 32 709的熄灭气体冷却装置不同，因为，EP 1 895 558的收集器和DE 1 98 32 709的熄灭气体冷却装置两者都不涉及涂敷于开关室中所包含的表面上的多孔层。

鉴于可靠地确保不对开关气体的流动行为造成负面影响，进一步优选，多孔层具有小于50 mm，优选地小于40 mm，更优选地小于20 mm，最优选地小于10 mm，且具体地大约5mm的厚度。因而，多孔层的厚度优选地属于1 mm至50 mm，优选地2 mm至40 mm，更优选地3mm至10 mm，且最优选地4 mm至5 mm的范围内。

根据实施例，多孔层直接地涂敷于其所覆盖的表面的部分上。换句话说，在这些实施例中，在典型地由金属制成的表面的部分与多孔层之间，不存在中间层，从而允许所吸收的热的特别地高效的传递。备选地，在通过钎焊而涂敷多孔层时，在表面与多孔层之间，形成中间层。本发明也包含该实施例。

如所提到的，具体地，开关介质为开关气体。优选地，开关介质包括有机氟化合物，或基本上由有机氟化合物组成。在这点上，开关介质优选地包括有机氟化合物，或基本上由有机氟化合物组成，该有机氟化合物从下者选择：氟醚(包括环氧乙烷)(具体地，氢氟单醚)、氟酮(具体地，全氟酮)、氟烯烃(具体地，氢氟烯烃)、氟代腈(具体地，全氟代腈)以及以上的材料的混合物。

从而，特别地优选，开关介质包括包含四至十二个碳原子，优选地包含正好五个碳原子或正好六个碳原子或其混合物的氟酮。在开关介质包括如上文所定义的氟酮时，通过本发明而达到的优点特别地显著，因为，可避免在另外的情况下，可能由经受亲核取代的酮基引起的任何问题。

如本申请中所使用的术语“氟酮”应当被广义地解释，并且，应当包含全氟酮和氢氟酮两者，且应当进一步包含饱和化合物及不饱和化合物两者，即，包括碳原子之间的双键和/或三键的化合物。氟酮的至少部分地氟化的烷基链可为直链或支链，或可形成环，该环任选地被一个或多个烷基取代。在示范性的实施例中，氟酮是全氟酮。在又一示范性的实施例中，氟酮具有支化的烷基链，具体地，至少部分地氟化的烷基链。在再一示范性的实施例中，氟酮是完全饱和的化合物。

在实施例中，开关介质包括包含正好五个碳原子或正好六个碳原子或其混合物的氟酮。与带有多于六个碳原子的具有更大的链长的氟酮相比，包含五个或六个碳原子的氟酮具有相对较低的沸点的优点。因而，即使当在低温下使用设备时，也可避免可能伴随液化而出现的问题。

根据实施例，氟酮是从以氟原子取代至少一个氢原子的以下的结构式所定义的化合物选择的至少一种化合物：

(Ia)

(Ib)

(Ic)

(Id)

(Ie)

(If)

(Ig)

(Ih)

(Ii)

包含五个或更多个碳原子的氟酮更有利，因为，这些氟酮通常无毒而具有优异的人身安全裕度。这与有毒且非常活跃的具有小于四个碳原子的氟酮(诸如，六氟丙酮(hexafluoroacetone)(或六氟丙酮(hexafluoropropanone)))形成对照。具体地，包含正好五个碳原子的氟酮(在本文中简称为C5K)和包含正好六个碳原子的氟酮在高达500°C下热稳定。

在本发明的实施例中，具有支化的烷基链的氟酮(具体地，C5K)为优选的，因为，这些氟酮的沸点比具有直烷基链的对应的化合物(即，具有相同的分子式的化合物)的沸点更低。

根据实施例， C5K是全氟酮，具体地，具有分子式C₅F₁₀O，即，完全饱和，而不具有碳原子之间的双键或三键。氟酮a)可以更优选地从1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮(也被称为十氟-2-甲基丁-3-酮)、1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-十氟戊-2-酮、1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-十氟戊-3-酮以及八氟环戊酮选择，且最优选地，为1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮。

1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮可由以下的结构式(I)表示：

(I)

已经发现，对于高压和中压的绝缘应用，带有分子式CF₃C(O)CF(CF₃)₂或C₅F₁₀O的1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮特别地优选，因为，该化合物具有高的介电绝缘性能的优点，具体地，在具有介电载气的混合物中，具有非常低的GWP，且具有低沸点。该化合物具有0的ODP，并且，实际上无毒。

根据实施例，通过使不同的氟酮成分的混合物结合，从而可达到甚至更高的绝缘能力。在实施例中，如上所述且在此简称为C5K的包含正好五个碳原子的氟酮和在此简称为氟酮c)的包含正好六个碳原子或正好七个碳原子的氟酮可同时有利地成为介电绝缘的一部分。因而，开关介质可实现为具有多于一种氟酮，这些氟酮各自单独地有助于开关介质的介电强度。

在实施例中，另一种氟酮c)是从以氟原子取代至少一个氢原子的以下的结构式所定义的化合物选择的至少一种化合物：

(IIa)、

(IIb)、

(IIc)、

(IId)、

(IIe)、

(IIf)和

(IIg)

以及具有正好6个碳原子的任何氟酮，其中，氟酮的至少部分地氟化的烷基链形成环，该环被一个或多个烷基(IIh)取代；

且/或从以氟原子取代至少一个氢原子的以下的结构式所定义的化合物选择的至少一种化合物：

(IIIa)、

(IIIb)、

(IIIc)、

(IIId)、

(IIIe)、

(IIIf)、

(IIIg)、

(IIIh)、

(IIIi)、

(IIIj)、

(IIIk)、

(IIIl)、

(IIIm)和

(IIIn)(例如，十二氟-环庚酮)

以及具有正好7个碳原子的任何氟酮，其中，氟酮的至少部分地氟化的烷基链形成环，该环被一个或多个烷基(IIIo)取代。

本发明包含从根据结构式(Ia)至(Ii)、(IIa)至(IIh)、(IIIa)至(IIIo)以及以上的结构式的混合物的化合物选择的各种化合物或各种化合物组合。

取决于本发明的设备的具体应用，包含正好六个碳原子的氟酮(被归入上文提到的名称“氟酮c)”)可以为优选的；这样的氟酮无毒，而具有优异的人身安全裕度。

在实施例中，类似于C5K的氟酮c)是全氟酮，且/或具有支化的烷基链，具体地，至少部分地氟化的烷基链；且/或氟酮c)包含完全饱和的化合物。例如，氟酮c)是十氟环己酮，或包含十氟环己酮。具体地，氟酮c)具有分子式C₆F₁₂O，即，完全饱和而不具有碳原子之间的双键或三键。更优选地，氟酮c)可从下者选择：1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也被称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)、1,1,1,3,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-2-酮(也被称为十二氟-4-甲基戊-2-酮)、1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-3-(三氟甲基)戊-2-酮(也被称为十二氟-3-甲基戊-2-酮)、1,1,1,4,4,4-六氟-3,3-双-(三氟甲基)丁-2-酮(也被称为十二氟-3,3-(二甲基)丁-2-酮)、十二氟己-2-酮、十二氟己-3-酮，且具体地，氟酮c)是所提到的1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮。

1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也被称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)可由以下的结构式(II)表示：

(II)

已经发现，对于高压绝缘应用，1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮(在此简称为“C6-酮”，带有分子式C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂)由于其高的绝缘性质及其极低的GWP而特别地优选。具体地，C6-酮的降压的击穿场强为大约240>cr>

在另外或备选的实施例中，开关介质(具体地，开关气体)包括至少一种化合物，其为从下者选择的氢氟醚：包含至少三个碳原子的氢氟单醚；包含正好三个或正好四个碳原子的氢氟单醚；氟原子的数量与氟原子和氢原子的总数的比为至少5:8的氢氟单醚；氟原子的数量与碳原子的数量的比在1.5:1至2:1的范围内的氢氟单醚；五氟-乙基-甲醚；2,2,2-三氟乙基-三氟甲醚；以及以上的材料的混合物。

如上文所提到的，有机氟化合物还可为氟烯烃，具体地，氢氟烯烃。更具体地，氟烯烃或氢氟烯烃分别包含至少三个碳原子，或包含正好三个碳原子。

根据具体的实施例，氢氟烯烃因而从下者选择：1,1,1,2-四氟丙烯(HFO-1234yf；也被称为2,3,3,3-四氟-1-丙烯)、1,2,3,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yc)、1,1,3,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234zc)、1,1,1,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234ze)、1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234ye)、1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225ye)、1,1,2,3,3-五氟丙烯(HFO-1225yc)、1,1,1,3,3-五氟丙烯(HFO-1225zc)、(Z)1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234zeZ；也被称为顺式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯)、(Z)1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yeZ)、(E)1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234zeE；也被称为反式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯)、(E)1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yeE)、(Z)1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225yeZ；也被称为顺式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯)、(E)1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225yeE；也被称为反式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯)以及以上的材料的混合物。

如上文所提到的，有机氟化合物还可为氟代腈(具体地，全氟代腈)。具体地，有机氟化合物可为包含两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的氟代腈(具体地，全氟代腈)。

更具体地，氟代腈可为全氟脂肪腈，具体地，全氟乙腈、全氟丙腈(C₂F₅CN)和/或全氟丁腈(C₃F₇CN)。

最具体地，氟代腈可为全氟异丁腈(根据分子式(CF₃)₂CFCN)和/或全氟-2-甲氧基丙腈(根据分子式CF₃CF(OCF₃)CN)。在这些氟代腈中，全氟异丁腈由于其毒性低而特别地优选。

根据本发明的实施例，开关介质还包括载气。更优选地，开关介质包括有机氟化合物(具体地，具有正好五个碳原子的氟酮)，其处于与设备的最低运行温度下的有机氟化合物的蒸汽压力相对应的分压，其中，开关介质的剩余部分是载气，或包括载气。因而，有机氟化合物(具体地，具有正好五个碳原子的氟酮)在绝缘空间中以全气相存在。

在实施例中，载气包括空气或空气成分。具体地，载气应当从由二氧化碳(CO₂)、氧气(O₂)、氮气(N₂)以及以上的材料的混合物组成的组选择。具体地，载气可为N₂和O₂的混合物，或载气可为CO₂和O₂的混合物。最优选地，载气是空气。备选地或另外，载气还可包括稀有气体和/或一氧化氮和/或二氧化氮。

根据实施例，载体包括O₂，因为，这允许高效地避免或减少有害的分解产物的形成。在载气包括O₂时，O₂的分压优选为有机氟化合物的分压的至少大约两倍。由于本发明涉及开关装置，因而载气优选地包括CO₂。

根据另外的实施例，被多孔层覆盖的表面涉及空心主体的内表面，其中，空心主体的内表面设计成被经加热的开关介质的至少一部分经过。在这点上，术语空心主体包含开关装置或其封入内部空间的部分的任何隔室。因此，该实施例依照如下的上文所提到的优选的实施例：排气空间壁、中间室壁和/或罐壁的内表面的至少一部分以多孔层覆盖。

根据再一实施例，被多孔层覆盖的表面是除了布置于开关装置中的喷嘴的表面之外的表面。因此，该实施例更进一步与如下的根据WO 2015/039918的断压器截然不同：为了保护断压器免受电弧的影响，对喷嘴进行涂层。

除了电气开关装置之外，根据又一方面，本发明还涉及如下的过程：用于使电气开关装置(具体地，断路器或发电机断路器)中的开关介质冷却，由此，被在起弧区域中的电流中断操作的期间生成的电弧加热之后的开关介质沿通向排气空间的方向从起弧区域流出。过程的特征在于，在流出的期间，开关介质传热至涂敷于开关装置的金属构件上的多孔层。如上所述，根据本发明的过程而达到的提高的热吸收效率允许使排气空间的大小最小化，以允许紧凑设计，且最终允许成本降低。

根据该过程的实施例，至少部分地通过热辐射而传热。备选地或另外，其它热传递机理同样地可起作用，具体地，通过热传导而传热。

附图说明

借助于附图而进一步图示本发明，其中：

图1示出电流中断操作的期间的根据本发明的第一实施例的断路器的纵截面，

图2示出电流中断操作的期间的根据本发明的第二实施例的断路器的纵截面，

图3示出电流中断操作的期间的根据本发明的第三实施例的断路器的纵截面，

图4a-d示出继开关操作之后的测试装置的喷嘴(图4a)、中间室(图4b)、排气空间(图4c)以及罐空间(图4d)(按此顺序)的温度演变，两者均关于根据本发明的由多孔层覆盖排气空间的内表面与不存在多孔层的情况相比的情况，已通过使用仿真模型的数值试验而确定上述的温度演变，

图5示出继开关操作之后的在测试装置的中间室中测量到的压力演变，两者均关于根据本发明的由多孔层覆盖排气空间的内表面与不存在多孔层的情况相比的情况。

具体实施方式

如图1至图3中所示，本发明的断路器包括开关室10，在所示出的实施例中，开关室10旋转对称，并且，沿着纵轴L延伸。开关室包括罐壁11，罐壁11界定罐空间13。

开关室10包括可沿轴向方向相对于彼此而移动的两个标称接触件12，具体地，作为第一标称接触件121的主接触件和作为第二标称接触件122的接触件缸。第二标称接触件122环绕同中心地安置的喷嘴组件14，其中，喷嘴组件14包括喷嘴16，并且，第二标称接触件122进一步环绕传导部分18，其中，传导部分18形成自行吹熄空间17的壁。喷嘴组件14进一步环绕两个同中心地安置的起弧接触件19，一个起弧接触件采取空心管状接触件191的形式，而另一个起弧接触件采取销接触件192的形式。

在所示出的实施例中，第二标称接触件122示范性地设计为可移动的接触件，然而，第一标称接触件121设计为固定的接触件。这同样地可能反之亦然，或接触件122、121两者都可以为可移动的。

在电流中断操作的期间，从连接(或闭合)状态至脱开(或断开)状态，第二标称接触件122远离第一标称接触件121而沿轴向方向L移动。

从而，空心管状接触件191同样地远离销接触件192而沿轴向方向L移动，且最后脱开，由此，电弧20形成于起弧区域22中，其中，起弧区域22位于起弧接触件191、192之间。致动杆24连结至喷嘴组件14，上述的致动杆24借助于成角度杠杆26而连接至销接触件192，成角度杠杆26适于在电流中断的期间，沿远离空心管状接触件191的方向拉动销接触件192，从而提高使起弧接触件191、192脱开的速度。

借助于自行吹熄机理而使所形成的电弧20熄灭，自行吹熄机理为，将经加热的开关气体吹入至起弧区域22中，并且，通过喷嘴16而向外吹出。于是，一些加热且加压后的开关气体从起弧区域22通过空心管状接触件191而流出，然而，一些开关气体从起弧区域22通过喷嘴通道28而沿相反的方向流出，其中，喷嘴通道28与销接触件192同中心地布置，并且，沿着销接触件192延伸。热开关介质的远离起弧区域22的流动方向以相应的箭头描绘。

在空心管状接触件191的一侧，任选地存在第一中间室30。第一中间室30相对于空心管状接触件191而同中心地安置，并且，安置于从起弧区域22起的某一距离处。第一中间室30通过开口32而与空心管状接触件191流通地连接，其中，开口32设置于空心管状接触件191的壁34中。具体地，在所示出的实施例中，设置一排(例如，四个)开口32，这些开口32具有相同的横截面，并且，径向地安置在空心管状接触件191的圆周上。

第一中间室30由第一中间室壁36界定，第一中间室壁36包括近侧壁361和远侧壁362，其中，近侧壁361面向起弧区域22，远侧壁362布置成与上述的近侧壁361和周向壁363相反。第一中间室壁36优选地由金属(例如，钢或铜)制成，然而，第一中间室壁36还可以由相当高度地导热的塑料构成。

在所示出的具体实施例中，相同的横截面的两排周向地安置的径向开口38布置于第一中间室壁36中，其中，一排径向开口38与近侧壁361紧邻，而另一排径向开口38与远侧壁362紧邻。开口38通往第一排气空间40中，其中，第一排气空间40相对于第一中间室30而同中心地布置。

空心管状接触件191中的开口32布置成关于第一中间室壁36中的开口38而偏移，使得沿径向方向流动的漩涡状气体不可进一步直接地通过开口38而流动至第一排气空间40中。然而，如下的方案也可为可行的：设置空心管状接触件壁34中的开口32中的至少一个，以致于开口32完全地或部分地与中间室壁36中的相应的开口38一致，以便有意地确保从空心管状接触件191直接部分地或完全地流动至第一排气空间40中。开口32和开口38的形状、大小、布置以及数量分别最佳地配置，并且，与相应的操作要求匹配。

第一排气空间40由排气空间壁42界定。在所示出的实施例中，排气空间壁包括近侧壁421、远侧壁422、外周向壁423以及内周向壁424，周向壁423、424彼此轴向地移位。

具体地，内周向壁424从远侧壁422延伸，从而在内周向壁424的自由端与近侧壁421之间留下间隙44，然而，外周向壁423从近侧壁421延伸，使得外周向壁423与内周向壁424重叠。从而，在周向壁423、424之间，形成环形通道46，上述的通道46开口到由罐壁11界定的罐空间13中，并且，充满相对较低的温度的开关气体。罐壁11以气密的方式设计，并且，由金属制成。

继电流中断操作所引起的气体的加热之后，如上文所提到的，一部分的加热加压后的开关气体通过空心管状接触件191而从起弧区域流出。通过近似地圆锥形的偏转装置(未示出)而使箭头A10所指示的气流如径向地偏转的箭头所指示地偏转成主要沿径向的方向。气流经过开口38而到达第一中间室30中，在第一中间室30中，使开关气体成漩涡。

然后，允许漩涡状开关气体同样地如箭头所指示地沿径向方向经过第一中间室壁36中的开口38而到达第一排气空间40中。

已进入第一排气空间40的开关气体然后流过间隙44或第一间隙空间44和由周向壁423、424形成的环形通道46而到达罐空间13中。

在销起弧接触件192的一侧，布置有第二中间室52，其中，销接触件192的远端54和成角度杠杆26布置于由第二中间室壁60界定的第二中间室52的内部中。一排周向地安置的径向开口58布置于第二中间室52的周向壁603中，与其远侧壁602紧邻。这些开口58通往第二排气空间62中。

如第一排气空间40那样，第二排气空间62同样地由排气空间壁64界定，排气空间壁64包括近侧壁641、远侧壁642、外周向壁643以及内周向壁644，周向壁643、644彼此轴向地移位。同样地，关于第二排气空间62，内周向壁644从远侧壁642延伸，从而在其自由端与近侧壁641之间留下间隙66或第二间隙空间66，然而，外周向壁643从近侧壁641延伸，使得外周向壁643与内周向壁644重叠。从而，如在上文中关于第一排气空间40而描述的，在周向壁之间，形成环形通道68，上述的环形通道68通往罐空间13中。

在电流中断操作的期间，如箭头A20所图示地，加热且加压后的开关气体的第二部分流过喷嘴通道28，其中，喷嘴通道28沿着销接触件192延伸。加压的开关气体的该第二部分通过经过开口70而部分地直接地流动至第二排气空间62中，并且，通过经过开口58而部分地流动至第二中间室52中，且从第二中间室52流动至第二排气空间62中。从而，如在上文中关于第一排气空间40而描述的，在流出至包含相对较低的温度的开关气体的罐空间13中之前，借助于内周向壁644，使从第二中间室52流出的部分在第二排气空间62中偏转。如第一排气空间壁40的内周向壁424那样，第二排气空间壁64的内周向壁644因而同样地充当排气空间挡板。

在图1中所示出的实施例中，充当用于吸收热的金属构件的第一中间室壁36和第二中间室壁60的内表面被多孔层72(具体地，由铜、铝、钢、黄铜或镍合金制成的多孔绝缘或多孔金属材料的多孔层72)覆盖。具体地，这包括第一中间室30的侧壁361、362和周向壁363的内表面以及第二中间室52的远侧壁602和周向壁603的内表面两者。

同样地，同样地充当用于吸收热的金属构件的第一排气空间壁42和第二排气空间壁64的内表面被多孔层72覆盖，优选地，被覆盖中间室壁的内表面36、60的相同的多孔绝缘或多孔金属材料覆盖。

因而，图1中所示出的实施例特别地设计成用于增强电流中断操作之后的热开关气体的流出的期间的来自热开关气体的热传递。在热开关气体经过中间室30、52和排气空间40、62的期间，从流出的热开关气体放出的热辐射被多孔层72高效地吸收，导致开关气体从起弧区域22传递至罐空间13中的期间的开关气体的冷却的总体提高。由于多孔材料72由金属材料制成，因而达到在所要求的阈值下使热开关气体冷却所要求的特别地高效的热吸收。

在图2中所示出的实施例中，罐壁的内表面被多孔层72、72’(具体地，陶瓷多孔材料72’)覆盖。

图2中所示出的实施例特别地设计成用于增强通过标称电流下的欧姆加热而在正常条件下生成的热的吸收。这通过涂敷于罐壁11上的相对较大的区的多孔陶瓷层72’而达到。具体地，罐空间13中的气体的热被高效地吸收且传递至罐壁11，其中，该热从罐壁11放出至周围。

在图3中，示出又一实施例，该实施例设计成用于增强通过标称电流下的欧姆加热而在正常条件下生成的热的吸收，根据该实施例，标称接触件12(具体地，第一标称接触件121和第二标称接触件122)的外表面被陶瓷多孔层72’覆盖。该实施例允许标称接触件12的欧姆加热被高效地吸收，且因而被耗散。当然，可使根据图1和/或图2和/或图3的层布置结合，以便达到所生成的热的特别地高效的耗散。

已借助于测试装置而进一步评价图1至图3所图示的本发明的概念。在测试装置中，已通过使用仿真模型的数值试验且通过运行测试而确定存在于相应的隔室中的开关气体的温度和压力，在该测试中，在开关操作之后，实际地测量温度和压力。

所使用的测试装置包含测试装置喷嘴组件，其直接地连接至测试装置空心管，其中，测试装置空心管开口至测试装置中间室中。在下游方向上，测试装置中间室流通地连接至测试装置排气空间，其中，测试装置排气空间通向测试装置罐空间中。测试装置喷嘴组件、测试装置空心管、测试装置中间室、测试装置排气空间以及测试装置罐空间的内部在各个情况下细分为两个隔室，这两个隔室中的，测试装置中间室、测试装置排气空间以及测试装置罐空间的第一隔室包括根据本发明的多孔层，然而，上述的构件的第二隔室不存在多孔层。

根据图4a-d，温度测量表明，尽管在喷嘴组件(图4a)中测量的温度完全相同，与不存在多孔层的测试装置中间室相比，在包括多孔层的测试装置中间室(图4b)中，还是存在大约22%的开关气体的相当大的温降。在温度分别下降67%和55%的测试装置排气空间(图4c)和测试装置罐空间(图4d)中，该影响甚至更显著。

如在图5中进一步示出的，通过在中间室中测量的压力演变而进一步确认本发明的概念：

根据图5，与不存在多孔层的情况(虚线)相比，针对根据本发明的由多孔层覆盖排气空间的内表面的情况(实线)，测量显著地降低的压力。具体地，以多孔层覆盖排气空间时的更低40%的最大压力提高确认通过涂敷多孔层而实现的热吸收的相当大的增强。

参考标号列表

10 开关室

11 罐壁

12 标称接触件

121；122第一标称接触件(主接触件)；第二标称接触件(接触件缸)

13 罐空间

14 喷嘴组件

16 喷嘴

18 传导部分

17 自行吹熄空间

19 起弧接触件

191；192空心管状(起弧)接触件；销(起弧)接触件

20 电弧

22 起弧区域

24 致动杆

26 成角度杠杆

28 喷嘴通道、喷嘴喉部以及扩散器

30 第一中间室

32 管状空心接触件的壁中的开口

34 管状空心接触件的壁

36 第一中间室壁

361、362、363(第一中间室壁的)近侧壁、远侧壁、周向壁

38 第一中间室壁中的开口

40 第一排气空间

42 第一排气空间壁

421；422；423；424(第一排气空间壁的)近侧壁；远侧壁；外周向壁；内周向壁

44 间隙，第一间隙空间

46 环形通道

52 第二中间室

54 销接触件的远端

58 第二中间室壁中的开口

60 第二中间室壁

602；603第二中间室的远侧壁；周向壁

62 第二排气空间

64 第二排气空间壁

641；642；643；644第二排气空间壁的近侧壁；远侧壁；外周向壁；内周向壁

66 间隙，第二间隙空间

68 由第二排气空间的周向壁形成的环形通道

70 从喷嘴通道至第二排气空间中的开口

72、72’ 多孔层。