[發(fā)明專利]用于增強(qiáng)的熱管理的基于合成酯的電介質(zhì)流體組合物

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280047778.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103843072A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S.J.韓;D.B.津克韋格;Z.萊森科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01B3/20
• 分類(lèi)號(hào): H01B3/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 王國(guó)祥

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是非臨時(shí)申請(qǐng)，要求2011年9月30日提交的題為“SYNTHETIC?ESTER-BASED?DIELECTRIC?FLUID?COMPOSITIONS?FOR?ENHANCED?THERMAL?MANAGEMENT”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/541,272的優(yōu)先權(quán)，其教導(dǎo)通過(guò)參考并入本申請(qǐng)，以下如同全文復(fù)制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明特別涉及用于變壓器的熱管理的電介質(zhì)流體領(lǐng)域。更特別地，其涉及為變壓器和其它設(shè)備提供電絕緣性和/或熱量耗散兩者的改進(jìn)的組合物。

背景技術(shù)

已知變壓器的熱管理對(duì)變壓器操作的安全是關(guān)鍵的。盡管常規(guī)變壓器可在相對(duì)高的溫度有效操作，但是過(guò)多的熱量對(duì)變壓器壽命有損。這是因?yàn)樽儔浩靼娊^緣物，該電絕緣物用于防止被施以電壓的組件或?qū)w接觸其它組件、導(dǎo)體或內(nèi)電路，或在其它組件、導(dǎo)體或內(nèi)電路上形成電弧。通常，絕緣物經(jīng)歷的溫度越高，其壽命越短。當(dāng)絕緣失效時(shí)，可能發(fā)生內(nèi)部故障或短路，有時(shí)導(dǎo)致火災(zāi)。

為了防止溫度過(guò)度升高和變壓器的過(guò)早失效，變壓器通常填充有液體冷卻液從而驅(qū)散在正常變壓器操作過(guò)程中產(chǎn)生的相對(duì)大量的熱量。冷卻液也起到電介質(zhì)的作用使變壓器組件電絕緣。電介質(zhì)液體必須能夠冷卻或絕緣達(dá)變壓器的使用壽命，該使用壽命在很多應(yīng)用中為超過(guò)20年。因?yàn)殡娊橘|(zhì)流體通過(guò)對(duì)流冷卻變壓器，電介質(zhì)流體在各種溫度的粘度是確定其功效的關(guān)鍵因素之一。

礦物油已在各種電介質(zhì)制劑中試驗(yàn)過(guò)，特別是因?yàn)樗鼈兛商峁┮欢ǔ潭鹊臒岱€(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性。但是，遺憾的是，認(rèn)為礦物油是環(huán)境不友好的并且可表現(xiàn)出無(wú)法接受的低燃點(diǎn)，在一些情況下為低至150攝氏度(℃)，該溫度不期望地接近于電介質(zhì)流體在給定應(yīng)用(如變壓器)中很可能暴露于的最大溫度。由于它們的低燃點(diǎn)，研究者已經(jīng)在搜尋可替代的電介質(zhì)材料。

在對(duì)可替代物的該項(xiàng)研究中，最早確定植物油可作為電介質(zhì)介質(zhì)，其為環(huán)境友好的并且表現(xiàn)出期望的高燃點(diǎn)(顯著大于150℃)和所需電介質(zhì)性質(zhì)的所需特征。它們也是在短時(shí)間內(nèi)可生物降解的。最后，它們可提供與固體絕緣材料的增強(qiáng)的相容性。

尋找替代物的研究者已經(jīng)確定了多種可行的流體。例如，美國(guó)專利6,340,658B1(Cannon等人)描述了基于植物油的電絕緣流體，其為環(huán)境友好的并且具有高閃點(diǎn)和高燃點(diǎn)。將基礎(chǔ)油氫化以使油具備最大可行的氧化穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。作為一些實(shí)例，植物油選自大豆油，向日葵油，低芥酸菜子油和玉米油。

美國(guó)專利公開(kāi)2008/0283803A1描述了電介質(zhì)組合物，其包含至少一種精制的、漂洗的、經(jīng)凍凝處理的、除臭的植物油和至少一種抗氧化劑。電介質(zhì)流體還包含至少一種合成酯，其中合成酯是基于生物的材料。該專利將術(shù)語(yǔ)“合成酯”定義為表示通過(guò)以下兩種物質(zhì)的反應(yīng)制備的酯：(1)基于生物的或源自石油的多元醇；和(2)直鏈或支化有機(jī)酸，其可以是基于生物的或源自石油的。術(shù)語(yǔ)“多元醇”是指具有兩個(gè)或更多個(gè)羥基的醇。包含的基于生物的合成酯的適宜實(shí)例是通過(guò)使多元醇與源自植物油(例如椰子油)的有機(jī)酸反應(yīng)制備的那些，所述有機(jī)酸具有C8-C10的碳鏈長(zhǎng)度。合成酯也包括具有C7-C9基團(tuán)的合成季戊四醇酯。適于與有機(jī)酸反應(yīng)以制得合成酯的其它多元醇包括新戊二醇，二季戊四醇，和e-乙基己基醇，正辛醇，異辛醇，異壬醇，異癸醇和十三烷基醇。

盡管眾多研究者進(jìn)行了這些和其它努力，但仍需要開(kāi)發(fā)具有所需的性質(zhì)組合以及經(jīng)濟(jì)可行性和生物降解能力的電介質(zhì)流體。

發(fā)明內(nèi)容

一方面，本發(fā)明是用于電氣設(shè)備的電介質(zhì)流體組合物，其包含官能化的12-羧基甲基硬脂酸甲酯，其具有至少一種選自以下的性質(zhì)：數(shù)均分子量(M_n)為400道爾頓(Da)至10,000Da，電介質(zhì)擊穿強(qiáng)度大于20千伏/1mm間距(kV/mm)，在25℃的耗散因子小于0.2%，燃點(diǎn)大于250℃，在40℃的運(yùn)動(dòng)粘度小于35厘斯(cSt)，傾點(diǎn)小于-30℃，和酸度小于0.03毫克氫氧化鉀每克樣品(mg?KOH/g)，及其組合。

另一方面，本發(fā)明是制備電介質(zhì)流體組合物的方法，包括(a)使12-羥基甲基硬脂酸甲酯和直鏈或支化C3至C20醇在適宜形成羥基甲基酯的條件下反應(yīng)，和(b)使所述羥基甲基酯和羧酸在適宜形成官能化的12-羧基甲基硬脂酸甲酯的條件下反應(yīng)，所述羧酸選自直鏈和支化C4-C20游離酰氯，脂肪酸，羧酸酐，及其組合。

具體實(shí)施方式