KR101971135B1 - 유전자-조작 미생물 오일 유전성 유체 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO) 및 항산화제로 구성되는 유전성 유체를 제공한다. 상기 GEMO는 트리글리세리드 및 일정량의 소형 글리세리드를 포함한다. 소형 글리세리드의 양은 GEMO 중량 기준 0.1 중량% 내지 30 중량% 범위 이내이다.
Description
유전체는 다양한 적용분야에서 사용되는 비-전도성 유체이다. 유전성 유체의 절연 및 냉각 특성은 변압기, 커패시터, 스위칭 기어(switching gear), 송신 부품, 배전 부품, 스위치, 안정기(regulator), 회로 차단기, 자동개폐차단기(autorecloser), 유체-충전 송신선 및 기타 전기 장치와 같은 전기 부품들에 소용된다.
변압기에서, 유전성 유체는 내장 변압기 부품에 냉각 및 절연 특성을 제공한다. 유전성 유체는 변압기를 냉각하며, 또한 내장 작동 부품들 사이 전기적 절연의 일부를 제공한다. 유전성 유체의 요건은 긴 작동 수명 (10-20년) 및 장기간 동안의 고온에서의 안정성이다.
한 때 변압기에서 유전성 유체로 사용되었던 다중염소화 비페닐 화합물 ("PCB"로도 알려져 있음)은 그의 독성 특성 및 부정적인 환경 영향으로 인하여 단계적으로 폐기되어 왔다. PCB를 대체한 비-독성 변압기 오일에는 실리콘-기재 또는 플루오르화 탄화수소 오일, 미네랄 오일, 지방산 에스테르, 식물-기재 오일 및 식물 종자 오일이 포함된다. 이들 비-독성 오일들은 점도, 인화점, 발화점, 유동점, 수분 포화점, 유전 강도, 및/또는 유전성 유체로서의 그의 효용을 제한하는 기타 특성들과 관련하여 결점을 가지고 있다.
따라서, PCB-기재 유전성 유체와 동일하거나 실질적으로 동일한 화학적, 기계적 및/또는 물리적 특성들을 가지는 전기 부품용의 비-독성이며 생분해성인 무-PCB 유전성 유체에 대한 요구가 존재한다.
본 개시는 조성물을 제공한다. 일 실시양태에서는, 유전성 유체가 제공되며, 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO) 및 항산화제를 포함한다. 상기 GEMO는 트리글리세리드 및 일정량의 소형 글리세리드를 포함한다. 다른 실시양태에서, 상기 소형 글리세리드의 양은 GEMO 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량% 범위 이내이다.
본 개시는 장치를 제공한다. 일 실시양태에서는, 장치가 제공되며, 전기 부품, 및 전기 부품과 작동가능하게 연결되는 유전성 유체를 포함한다. 상기 유전성 유체는 GEMO 및 항산화제를 포함한다. 추가적인 실시양태에서, 상기 GEMO는 트리글리세리드 및 일정량의 소형 글리세리드를 포함한다. 소형 글리세리드의 양은 GEMO 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 30 중량% 범위 이내이다.
본 개시의 강점은 개선된 유전성 유체이다.
본 개시의 강점은 생분해성인 유전성 유체이다.
본 개시의 강점은 재생가능/지속가능 자원, 즉 미생물로부터 제조되는 유전성 유체이다.
본 개시의 강점은 유전성 유체로 사용하기에 적합한 특성을 가지는 오일을 생성하도록 미생물의 유전적 특징이 설계된 유전자 조작 미생물로부터 제조되는 오일이다.
본 개시의 강점은 올레산의 양은 증가하고; 리놀레산 및/또는 리놀렌산의 양은 감소하도록 설계되며, 올리고당을 포함하는 유전자 조작 미생물 오일이다.
본 개시의 강점은 자연 미생물 오일에 존재하는 소형 글리세리드의 양에 비해 증가된 양의 소형 글리세리드를 생성하도록 설계된 유전자 조작 미생물 오일이다.
본 개시의 강점은 75 ℃-100 ℃에서 증가된 수분 포화점을 가지는 유전자 조작 미생물 오일이다.
도 1은 통상적인 오일과 비교한 본 GEMO의 수분 포화점 대 온도를 나타내는 그래프이다.
유전성 유체는 두 가지 주요 기능을 수행한다. 첫 번째로, 유전성 유체는 전기 부품에서 전기 절연체로 작용한다. 유전성 유체는 예를 들면 변압기와 같은 전기 부품에 존재하는 높은 전압을 견딜 수 있어야 한다. 두 번째로, 유전성 유체는 전기 부품 내에서 생성되는 열을 방산하는 열 전달 매체로서 기능한다. 유전성 유체는 또한 산소 및 수분의 부식 효과를 감소시킬 수 있다. 따라서, 유전성 유체는 우수한 전기적 특성이 요구되는 동시에, 열적 산화 및 분해에 내성일 필요가 있다.
유전성 유체는 식물성 오일 및 종자 오일의 자연 특성에 반하는 몇 가지 기본적인 특성들을 필요로 한다. 이러한 특성은 산화 안정성, 유전 상수, 낮은 유동점, 슬러지 형성에 대한 내성, 및 산 형성에 대한 내성이다.
본 개시는 유전성 유체를 제공한다. 일 실시양태에서는, 유전성 유체가 제공되며, 미생물 오일 및 항산화제를 포함한다. 상기 미생물 오일은 유전성 유체의 요건을 충족하는 오일을 생성하도록 유전자 조작된 미생물에 의해 생성되는 오일이다. 추가적인 실시양태에서, 상기 유전자 조작 미생물 오일은 트리글리세리드 및 일정량의 소형 글리세리드 및/또는 일정량의 올리고당을 포함한다.
1. 유전자 조작 미생물 오일
본 유전성 유체는 유전자-조작 미생물 오일을 함유한다. 본원에서 사용될 때의 "유전자-조작 미생물 오일" 또는 "GEMO"는 1종 이상의 외인성 유전자를 함유하는 1종 이상의 미생물 균주에 의해 생성되는 오일이다. 상기 미생물은 미세조류, 유성 효모, 세균 및/또는 진균이다. 상기 외인성 유전자(들)는 미생물의 세포에서 원하는 지질 및/또는 지방산을 생성하는 효소(들)를 코딩하고 있다.
본원에서 사용될 때의 "외인성 유전자"는 세포로 형질전환된 핵산이다. 형질전환된 세포는 재조합 세포로 지칭될 수 있으며, 추가적인 외인성 유전자(들)가 거기에 도입될 수도 있다. 외인성 유전자는 형질전환되는 세포 대비 상이한 종으로부터 (따라서 이종유래), 또는 동일한 종으로부터 (따라서 동종유래) 유래할 수 있다. 동종유래 유전자의 경우, 그것은 내인성 유전자 카피에 대비할 때 세포의 게놈에서 상이한 위치를 차지한다. 외인성 유전자는 1개의 카피를 초과하여 세포 중에 존재할 수 있다. 외인성 유전자는 게놈에의 삽입물로서, 또는 에피좀형 분자로서 세포 내에서 유지될 수 있다.
외인성 유전자(들)는 원하는 효소를 코딩하도록 선택된다. 상기 효소는 상응하여 원하는 성분 (지방산) 및/또는 원하는 특성 (원하는 탄소 사슬 길이, 최종 오일에서의 원하는 포화물/불포화물의 양)을 산출한다. 발현될 외인성 유전자의 원하는 조합을 선택하는 것에 의해, 미생물에 의해 생성되는 생성물을 설계할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 미생물은 유전성 유체용으로 적합한 조성 프로필을 가지는 오일을 생성하도록 유전적으로 설계된다. 미생물은 원하는 지질 및/또는 지방산 함량, 및/또는 원하는 포화/불포화도, 및/또는 원하는 소형 글리세리드 및/또는 올리고당의 양을 가지는 오일을 생성하도록 유전자 조작되거나 또는 달리 설계될 수 있다.
예를 들면, 미생물은 지방산을 합성하고, 추가적인 효소 프로세싱을 통하여 원하는 탄소 길이로 절단되도록 조작될 수 있다. 이후, 지방산은 원하는 포화물 또는 불포화물로 추가 효소 프로세싱될 수 있다. 미생물 대사는 원하는 양의 올리고당을 생성하도록 효소적으로 프로세싱될 수도 있다.
일 실시양태에서, 미생물은 미세조류이다. 미세조류는 지방산 합성을 위한 세포 대사를 증가시키도록 조작된다. 미세조류는 하기 표 1에 제시되어 있는 1종 이상의 비제한적인 효소들을 코딩하는 하나 이상의 외인성 유전자를 함유한다.
미세조류는 하기 표 2에 제시되어 있는 바와 같은 탄화수소 변형 효소들을 코딩하는 하나 이상의 유전자를 가지는 형질전환 세포를 포함할 수 있다.
표 2에 나타낸 효소들은 특정 수의 탄소 원자를 포함하는 기질에 대한 작용에 특이성을 가진다. 예를 들면, 지방 아실-ACP 티오에스테라제는 ACP로부터 원하는 탄소 길이를 가지는 지방산을 절단하는 것에 대하여 특이성을 가질 수 있다. 다르게는, ACP 및 길이-특이적 티오에스테라제는 서로에 대하여 친화성을 가짐으로써 그들을 조합으로서 특히 유용하게 만들 수 있다 (즉 외인성 ACP 및 티오에스테라제 유전자는 자연상의 그들이 유래하는 특정 조직 또는 생물체에서 공동-발현되는 것일 수 있음). 따라서, 미세조류는 ACP로부터의 지방산의 절단을 촉매촉진함에 있어서 기질에 함유되어 있는 탄소 원자 수와 관련하여 특이성을 가지는 단백질을 코딩하는 외인성 유전자를 함유할 수 있다. 효소 특이성은 8개, 또는 10개, 또는 14개 내지 16 또는 18개, 또는 20개, 또는 22개, 또는 24개, 또는 이들의 임의 조합의 탄소 원자를 가지는 기질에 대한 것일 수 있다. 다른 실시양태에서, 특이성은 16 내지 20개의 탄소 원자를 가지는 기질에 대한 것이다. 또 다른 실시양태에서, 특이성은 18개의 탄소 원자를 가지는 기질에 대한 것이다.
일 실시양태에서, 미생물은 관능화된 지방산을 생성하도록 유전자-조작된다. 지방산상에 효소적으로 프로세싱되는 관능기의 비제한적인 예에는 에폭시, 히드록실, 아민, 카르복실, 케톤, 알데히드, 알케닐, 아릴, 알릴, 스쿠알렌 및 알킬 기가 포함된다.
일 실시양태에서, 미세조류는 코렐라 ( Chorella ) 속 유래의 것이다. 클로렐라( Chlorella )는 클로로피타 ( Chlorophyta ) 문에 속하는 단일-세포 녹조류의 속이다. 그것은 형상이 구형이고, 직경이 약 2 내지 10 ㎛이며, 편모가 없다. 클로렐 라의 일부 종은 자연상에서 종속영양성이다. 적합한 클로렐라 종의 비제한적인 예에는 클로렐라 프로토테코이데스( Chlorella protothecoides ), 클로렐라 미누티씨마 ( Chlorella minutissima ), 클로렐라 소로키니아나 ( Chlorella sorokiniana ), 클로렐라 엘립소이데아 ( Chlorella ellipsoidea ), 클로렐라 종( Chlorella sp .), 및 클로렐라 에메르소니이(Chlorella emersonii)가 포함된다.
일 실시양태에서, 미세조류는 클로렐라 프로토테코이데스이다. 클로렐라 프로토테코이데스는 그의 높은 지질, 특히 장쇄 지질의 조성으로 인하여 유전성 유체 생성에 특히 적합한 것으로 밝혀져 있다.
일 실시양태에서, 미세조류는 클로렐라 속 유래의 것이며, 종속영양성으로 성장한다. 탄소 공급원은 프럭토스, 수크로스, 갈락토스, 크실로스, 만노스, 람노스, N-아세틸글루코사민, 글리세롤, 플로리도시드, 글루쿠론산, 및 이들의 임의 조합에서 선택된다. 종속영양성 성장 조건은 유전성 유체에 적합한 지질의 수율을 증가시키도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 미세조류용 공급원료에 아세트산이 사용될 수 있다. 아세트산은 바로 지방산 합성을 개시하는 대사 지점 (즉 아세틸-CoA)에 공급되기 때문에; 배양에서 아세트산을 제공하는 것은 지방산 생성을 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 아세트산 부재하에서의 미생물 지질 (예컨대 지방산) 수율에 비해 미생물 지질 수율, 및/또는 특히 미생물 지방산 수율을 증가시키기 위하여, 미생물은 충분한 양의 아세트산의 존재하에서 배양된다.
발효기가 종속영양성 성장 배지로 사용될 수 있다. 배지는 발효 동안 환기를 촉진하기 위하여 교반 및/또는 진탕될 수 있다. 발효 완료시, 수확은 원심분리, 여과, 침전, 추출, 용해, 및 이들의 임의 조합에 의해 이루어질 수 있다. 생성되는 오일은 추가적인 정련, 표백 및/또는 건조에 의해 정제될 수 있다.
일 실시양태에서, 종족영양으로 성장하는 미세조류는 탄소 공급원을 효소적으로 프로세싱하여 소형 글리세리드를 생성하도록 유전자-조작된다. 본원에서 사용될 때의 "소형 글리세리드"는 에스테르 결합에 의해 2개 이하의 지방산 사슬에 공유 결합된 글리세롤 분자이다. 다른 말로 하면, 소형 글리세리드는 1개의 지방산 또는 2개의 지방산과 에스테르화되어 모노글리세리드, 디글리세리드, 및 모노글리세리드와 디글리세리드의 조합을 형성한 글리세롤 분자이다. 소형 글리세리드의 지방산 잔기는 C8 내지 C24 탄소 사슬을 함유하며, 포화 또는 불포화일 수 있다. 소형 글리세리드에서 트리글리세리드 - 즉 3개의 지방산과 에스테르화된 글리세롤은 배제된다.
일 실시양태에서, GEMO는 0.1 중량% 이상, 또는 1.0 중량% 이상, 또는 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 내지 20 중량%, 또는 30 중량% 이상의 소형 글리세리드를 함유한다. 상기 소형 글리세리드는 모노글리세리드, 디글리세리드, 또는 이들의 조합일 수 있다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
일 실시양태에서, 소형 글리세리드는 GEMO 중 0.5 중량% 내지 1.0 중량%의 양으로 존재한다. 상기 소형 글리세리드는 0.01 중량% 내지 0.1 중량%의 모노글리세리드 및 0.99 중량% 내지 0.9 중량%의 디글리세리드를 포함한다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드는 0.01 중량% 내지 0.05 중량%의 모노글리세리드 및 0.8 중량% 내지 0.85 중량%의 디글리세리드를 포함하며, 소형 글리세리드는 GEMO 중 0.81 중량% 내지 0.90 중량%이다. 특정 이론에 얽매이는 것은 아니나, 소형 글리세리드의 양이 증가할수록, GEMO의 수분 포화점이 상응하여 증가하는 것으로 여겨진다.
예를 들면 자연상 조류와 같은 자연상의 미생물은 약 100 ppm (0.01 중량%)까지의 소형 글리세리드를 가지는 오일을 생성할 수 있다. 본 GEMO는 자연 (즉 비-유전자-조작) 미생물에 의해 생성되는 소형 글리세리드에 비해 더 많은 소형 글리세리드를 생성하도록 그것이 조작되기 때문에, 유리하다.
본 GEMO에서의 소형 글리세리드의 제공은 추가적인 장점을 가진다. 소형 글리세리드는 트리글리세리드보다 더 낮은 분자량을 가진다. 일반적으로, 글리세리드의 분자량이 감소할수록, 점도 역시 감소한다. 따라서, 소형 글리세리드는 GEMO의 전체적인 점도를 감소시킬 수 있다. 오일의 점도가 더 낮을수록, 오일은 (예를 들면 변압기 작동에서와 같은) 열-전달에 있어서 더 효율적인데, 냉각 및 열 방산이 대류를 바탕으로 하기 때문이다. 따라서, 소형 글리세리드는 GEMO/유전성 유체에서 점도 감소 성분으로 작용할 수 있다.
두 번째로, 소형 글리세리드 (즉 모노글리세리드 및/또는 디글리세리드)는 동시에 물을 견인하고 반발하는 표면 활성 분자이다. 이와 같은 동시 친수성/소수성 특성은 소형 글리세리드를 유전성 유체에 존재하는 임의의 불순물을 포획하는 데에 뛰어난 에멀션화제가 되게 한다. 소형 글리세리드는 또한 수소 결합 형성 (즉 디글리세리드의 -OH 기가 물의 -OH 기에 견인됨)을 조절한다. 소형 글리세리드는 오일 중의 임의의 수분, 및/또는 예를 들면 변압기의 셀룰로스 종이 절연체 시스템에 의해 생성되는 임의의 수분을 흡수하는 탈수제로서 작용할 수 있다.
일 실시양태에서, 종속영양으로 성장하는 미세조류는 탄소 공급원을 효소적으로 프로세싱하여 1종 이상의 올리고당을 생성하도록 유전자-조작된다. 본원에서 사용될 때의 "올리고당"은 글리코시드 결합을 통하여 서로 공유 결합된 2개 이상의 단당류로 구성되는 분자이다. 일 실시양태에서, 상기 올리고당은 2개, 또는 3개, 또는 4개, 또는 5개, 또는 6개, 또는 7개, 또는 8 내지 10개 이상의 단당류를 함유한다. 추가적인 실시양태에서, 종속영양성 미세조류는 0.1 ppm, 또는 1 ppm, 또는 5 ppm 내지 10 ppm, 또는 100 ppm, 또는 1000 ppm, 또는 10,000 ppm, 또는 50,000 ppm의 올리고당을 가지는 최종 오일을 생성하도록 유전자 조작된다.
올리고당은 하기 화학식 I의 구조를 가진다.
<화학식 I>
본 GEMO에서의 올리고당의 제공은 몇 가지 장점을 가진다. 첫 번째로, 올리고당은 탈수제이다. 올리고당은 변압기에서 유전성 유체 중 임의의 수분을 흡수하는 능력을 가지고 있다. 올리고당은 또한 셀룰로스 종이 절연체를 포함한 전기 부품으로부터 유전성 유체로 이동하는 임의의 수분을 흡수할 수 있다. 올리고당은 수분을 빠르게 흡수한다. 특정 이론에 얽매이는 것은 아니나, 올리고당의 히드록실 기가 물과 수소 결합함으로써 유전성 유체를 탈수하는 것으로 여겨진다. 일 실시양태에서, 올리고당 (또는 그의 유도체)은 음이온의 형태로 그 자체 중량 100배, 또는 200 내지 300배의 물을 흡수할 수 있다.
두 번째로, 올리고당은 또한 유리하게도 유동점 강하제로서 기능한다. 특정 이론에 얽매이는 것은 아니나, 오일 중 올리고당의 존재는 오일이 핵화 및 결정 성장의 임계 크기는 물론 결정화 전이 온도를 넘어 형성되지 않도록 유도한다. 이와 같은 방식으로, 올리고당은 저온에서의 대형 결정의 형성을 억제하며, 유전성 유체의 유동점을 낮춘다.
일 실시양태에서, 미세조류는 60 중량% 이상, 또는 60 중량%, 또는 65 중량%, 또는 70 중량%, 또는 75 중량%, 또는 80 중량%, 또는 85 중량% 이상 내지 90 중량%, 또는 95 중량% 또는 99 중량%의 올레산; 15 중량% 미만, 또는 0.5 중량%, 또는 1 중량%, 또는 2 중량%, 또는 3 중량% 내지 5 중량%, 또는 10 중량%, 또는 15 중량% 미만의 리놀레산; 및 5 중량% 미만, 또는 0 중량%, 또는 0.25 중량%, 또는 0.5 중량%, 또는 1 중량%, 또는 2 중량% 내지 3 중량%, 또는 4 중량% 내지 5 중량% 미만의 리놀렌산을 함유하는 최종 오일을 생성하도록 유전자 조작된다. GEMO는 상기 제시된 중량%의 임의의 조합으로써 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산을 함유할 수 있다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
일 실시양태에서, GEMO는 65 중량% 초과의 올레산, 15 중량% 미만의 리놀레산, 및 5 중량% 미만의 리놀렌산을 함유한다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
일 실시양태에서, GEMO는 80 중량% 초과의 올레산, 또는 80 중량% 초과 내지 85 중량%의 올레산; 10 중량% 미만, 또는 5 중량% 내지 10 중량%의 리놀레산; 및 1 중량% 미만, 또는 0 중량%, 또는 0 중량%, 또는 0.1 중량% 초과 내지 0.3 중량%의 리놀레산을 함유한다.
일 실시양태에서, 미세조류는 60 중량% 이상, 또는 60 중량%, 또는 65 중량%, 또는 70 중량%, 또는 75 중량%, 또는 80 중량%, 또는 85 중량% 이상 내지 90 중량%, 또는 95 중량% 또는 99 중량%의 단일불포화 지방산 함량, 및 15 중량% 미만, 또는 0 중량%, 또는 0.5 중량%, 또는 1 중량%, 또는 2 중량%, 또는 3 중량% 내지 5 중량%, 또는 10 중량%, 또는 15 중량% 미만의 다중불포화 지방산 함량을 가지는 GEMO를 생성하도록 유전자 조작된다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
일 실시양태에서, GEMO는 85 %, 또는 90 % 내지 95 %, 또는 96 %, 또는 97 %, 또는 98 %, 또는 99 %, 또는 99.9 %의 트리글리세리드 함량을 가진다. 소형 글리세리드는 0.1 중량%, 또는 1.0 중량%, 또는 5 중량% 내지 10 중량%, 또는 20 중량%, 또는 30 중량%로 존재한다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
일 실시양태에서, 미생물은 1종 이상의 불균질(heterogeneous) 트리글리세리드(들)를 생성하도록 유전자 조작된다. 본원에서 사용될 때의 "불균질 트리글리세리드"는 하기 화학식 II의 구조를 가지는 트리글리세리드이다:
<화학식 II>
(식 중, R1, R2 및 R3는 동일하거나 상이함). R1, R2, R3 각각은 8개 탄소 원자 내지 24개 탄소 원자의 탄소 사슬 길이를 가진다. R1, R2, R3 중 2개 이상 또는 3개 이상은 상이한 탄소 원자 수, 또는 상이한 분지, 또는 상이한 포화/불포화도를 가진다.
일 실시양태에서, 화학식 II의 구조를 가지는 불균질 트리글리세리드의 R1, R2, R3 중 하나 이상은 16개 탄소 원자의 탄소 사슬을 가진다 (즉 R1-R3 중 하나 이상은 C16 탄소 사슬을 가지는 지방산 잔기를 가짐). R1, R2, R3 중 다른 2개는 8개 탄소 원자 내지 24개의 탄소 원자의 사슬 길이를 가지며, 나머지 2개의 R 기 중 하나 이상은 16개 탄소 원자의 탄소 사슬을 가지지 않는다.
일 실시양태에서, 화학식 II 구조의 R1, R2, R3 중 하나 이상은 18개 탄소 원자를 가지는 탄소 사슬을 가진다. R1, R2, R3 중 다른 2개는 각각 상이한 탄소 원자 수의 사슬 길이를 가진다. 본 GEMO는 미생물을 유전적으로 조작하여 유전성 유체로 사용하기에 적합한 불균질 트리글리세리드로 구성되는 오일을 생성하도록 하는 능력을 제공한다. 따라서, R1-R3 각각은 상이한 길이를 가지고, R1-R3 중 하나 이상은 C18 탄소 사슬을 가질 수 있다.
일 실시양태에서, GEMO는 85 %, 또는 90 % 내지 95 %, 또는 96 %, 또는 97 %, 또는 98 %, 또는 99 %, 또는 99.9 %의 불균질 트리글리세리드 함량을 가진다. 중량%는 GEMO의 총 중량 기준이다.
본 출원인은 놀랍게도 GEMO 중 소형 글리세리드의 존재가 본 유전성 유체의 수분 포화점을 증가시킨다는 것을 발견하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 유전성 유체의 수분 포화 능력은 온도가 60 ℃로부터 75 ℃-100 ℃ (통상적인 변압기 작동 온도)로 이동하면서 4× 내지 5×의 배수로 증가한다. 도 1의 GEMO는 실시예 부문의 GEMO2를 나타내며, 0.84 중량% (0.01 중량%의 모노글리세리드 및 0.83 중량%의 디글리세리드)의 소형 글리세리드 함량을 가진다. 도 1의 수분 포화점은 ASTM D 1533에 따라 측정된다. 통상적인 오일 (무기, 고올레산 해바라기, 고올레산 카놀라, 콩)의 수분 포화점과 비교할 때, 본 GEMO의 100 ℃에서의 수분 포화 능력의 지수적 증가는 놀랍고도 예상치 못한 것이다.
특정 이론에 얽매이는 것은 아니나, 유전성 유체의 GEMO가 분해될 때, GEMO에 존재하는 소형 글리세리드 및/또는 올리고당이 수분을 흡수함으로써 유전성 유체로부터 물이 응축되는 것을 방지하는 것으로 여겨진다. 이와 같은 방식으로, 소형 글리세리드 및/또는 올리고당은 탈수제가 됨으로써, 본 유전성 유체의 수분 포화 능력을 증가시킨다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 60 ℃에서 1400 ppm 내지 1600 ppm의 수분 포화도를 가진다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드의 양은 유전성 유체 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%이며, 수분 포화도는 60 ℃에서 1400-1600 ppm의 범위이다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 70 ℃에서 2000 ppm 내지 2200 ppm의 수분 포화도를 가진다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드의 양은 유전성 유체 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%이며, 수분 포화도는 70 ℃에서 2000-2200 ppm의 범위이다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 80 ℃에서 2800 ppm 내지 3000 ppm의 수분 포화도를 가진다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드의 양은 유전성 유체 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%이며, 수분 포화도는 80 ℃에서 2800-3000 ppm의 범위이다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 90 ℃에서 3800 ppm 내지 4200 ppm의 수분 포화도를 가진다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드의 양은 유전성 유체 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%이며, 수분 포화도는 90 ℃에서 3800-4200 ppm의 범위이다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 100 ℃에서 4800 ppm 내지 5600 ppm의 수분 포화도를 가진다. 추가적인 실시양태에서, 소형 글리세리드의 양은 유전성 유체 중 0.1 중량% 내지 1.0 중량%이며, 수분 포화도는 100 ℃에서 5000-5600 ppm의 범위이다.
본 유전성 유체는 상기언급된 각 온도에서의 수분 포화점 중 하나, 일부 또는 그 전부를 가질 수 있다.
2. 항산화제
본 유전성 유체는 항산화제를 함유한다. 항산화제는 유전성 유체의 산화 안정성을 향상시킨다. 일 실시양태에서, 상기 항산화제는 페놀계 항산화제 또는 아민 항산화제이다. 적합한 페놀계 항-산화제의 비제한적인 예는 이르가녹스(IRGANOX) L109, 이르가녹스 L64, 이르가녹스 L94, 및 시바 스페셜티 케미칼스 사(CIBA SPECIALTY CHEMICALS, Inc.) (뉴욕 태리타운 소재)로부터 구입가능하며 시중에서 이르가녹스 L-57로 판매되고 있는 알킬화 디페닐아민, 고분자량 페놀계 항산화제, 예컨대 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트), 역시 시바 스페셜티 케미칼스 사로부터 시중에서 이르가녹스 L-109로 판매되고 있는 비스(2,6-디-tert-부틸페놀) 유도체, 바녹스(VANOX) MBPC, R.T. 반더빌트 컴패니 사(Vanderbilt Company, Inc.)로부터 시중에서 구입가능한 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 이르가녹스 L-109, 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트, 디-tert-부틸-파라-크레졸, 2,6-디-tert-부틸-메틸 페놀, 2,4-디메틸-6-tert-부틸 페놀, 및 이들의 임의 조합이다.
아민 항산화제의 비제한적인 예에는 치환된 디페닐 아민 항산화제 N,N' 디옥틸디페닐아민, 디-β-나프틸-파라-페닐렌디아민, n-페닐벤젠아민과 2,4,4-트리메틸펜탄의 반응 생성물 (이르가녹스 L-57), 노닐화 디페닐아민 (나우갈루베(Naugalube 438L), 부틸 옥틸 디페닐 아민, 디알킬 디페닐아민 (이르가녹스 L-74), 및 디큐밀 디페닐 아민, N,N'-디-이소프로필-파라-페닐렌디아민, N,N'-비스-(1,4-디메틸페닐)-파라-페닐렌디아민, 그리고 이들의 조합이 포함된다.
다른 적합한 항산화제의 추가적인 비제한적 예에는 부틸화 히드록시 톨루엔 (BHT), 부틸화 히드록시 아니솔 (BHA), 모노-3차 부틸 히드로 퀴논 (TBHQ), 및 이들의 임의 조합이 포함된다. 유전성 유체에 대한 산화 안정성 시험법은 유전성 유체의 용도를 기준으로 달라진다. 예를 들면, 밀봉된 변압기 시스템, 콘서베이터(conservator) 및 프리-브레싱(free-breathing) 장치용 유전성 유체는 각각 상이한 산화 안정성 시험법을 가질 수 있다. 일반적인 한 가지 시험법은 산소 안정성 지수 방법 (AOCS 공식 방법 Cd 12b-92)이다. 이 방법에서는, 정제 공기의 흐름이 열 배스(thermal bath) 내에서 유지되는 오일 샘플로 통과된다. 다음에는, 오일 샘플로부터의 유출 공기가 탈이온수를 함유하는 용기를 통하여 폭기된다. 물의 전도성이 연속 모니터링된다. 오일 샘플로부터의 모든 휘발성 유기 산은 유출 공기에 의해 제거된다. 산화가 진행되면서, 유출 공기 중 휘발성 유기 산의 존재는 물의 전도성을 증가시킨다. 오일 안정성 지수는 산화 속도의 최대 변화점으로 정의된다.
다른 적합한 항산화제의 추가적인 비제한적 예에는 2,2-디(4-히드록시페닐) 프로판, 페놀티아진, 페놀티아진 카르복실산 에스테르, 중합된 트리메틸디히드로퀴놀린, 페닐-α-나프틸아민, N,N'-디옥틸디페닐아민, N,N'-디이소프로필-p-페닐디아민, 디부틸 크레졸, 부틸화 히드록시아니솔, 안트라퀴논, 퀴놀린, 피로카테콜, 디-β-나프틸-파라-페닐렌디아민, 프로필갈레이트, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐) 포스파이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜) 세바케이트, 테트라키스[메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-히드록시히드로신나메이트)]메탄, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나메이트), 4,4'-티오비스(6-tert-부틸-m-크레졸), 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 벤젠아민, 4-(1-메틸-1-페닐에틸)-N-4[4-(1-메틸-1-페닐에틸)페닐]-, 탁실산, 시트르산, 및 전기의 임의 조합이 포함된다. 일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 0.1 중량% 내지 1.0 중량%, 또는 1.5 중량%의 항-산화제를 함유한다. 중량%는 유전성 유체의 총 중량 기준이다.
3. 첨가제
본 유전성 유체는 하기 첨가제들 중 1종 이상을 포함할 수 있다: 산화 억제제, 부식 억제제, 금속 불활성화제, 유동점 강하제, 및 이들의 임의 조합.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 금속 불활성화제를 포함한다. 금속 불활성화제는 유전성 유체의 산화 안정성을 향상시킨다. 적합한 금속 불활성화제의 비제한적인 예에는 구리 불활성화제 및 알루미늄 불활성화제가 포함된다. 구리는 오일의 산화에서 촉매촉진 효과를 가진다. 항산화제는 유리 산소와 반응함으로써 후자가 오일을 공격하는 것을 방지한다. 벤조트리아졸 유도체와 같은 구리 불활성화제는 유전성 유체에서의 구리의 촉매촉진 활성을 감소시킨다. 일 실시양태에서, 유전성 유체는 1 중량% 미만의 구리 불활성화제를 함유한다. 이르가메트(IRGAMET)-30은 시바 스페셜티 케미칼스 사로부터 시중에서 구입가능한 금속 불활성화제로써, 트리아졸 유도체인 N,N-비스(2-에틸헥실)-1H-1,2,4-트리아졸-1 메탄아민이다.
다른 적합한 금속 불활성화제의 비제한적인 예에는 2',3-비스[[3-[3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐]프로피오닐]]프로포니오히드라진, 벤조-트리아졸 지방산염, 1-(디-이소옥틸아미노메틸)-1,2,4-트리아졸, 1-(2-메톡시프로프-2-일)톨릴트리아졸, 1-(1-시클로헥실옥시프로필)톨릴트리아졸, 1-(1-시클로헥실옥시헵틸)톨릴트리아졸, 1-(1-시클로헥실옥시부틸)톨릴트리아졸, 1-[비스(2-에틸헥실)아미노메틸-4-메틸벤조트리아졸, 트리에틸 보레이트, 트리프로필 보레이트, 트리이소프로필 보레이트, 트리부틸 보레이트, 트리펜틸 보레이트, 트리헥실 보레이트, 트리시클로헥실 보레이트, 트리옥틸 보레이트, 트리이소옥틸 보레이트, 및 N,N-비스(2-에틸헥실)-ar-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민이 포함된다. 일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 0.1 중량% 내지 0.7 중량% 미만, 또는 1.0 중량% 미만의 (유전성 유체 총 중량 기준) 금속 불활성화제를 포함한다.
유전자 조작 미세조류에 의해 생성되는 올리고당은 전기에서 논의된 바와 같이 유동점 강하제로서 기능한다. 본 유전성 유체의 유동점은 유전성 유체 조성물에의 또 다른 유동점 강하제의 첨가, 및/또는 유전성 유체 조성물의 내한화(winterization) 중 어느 하나에 의해 추가적으로 향상될 수 있다. 일 실시양태에서, 유동점 강하제는 분지형 폴리메타크릴레이트이다. 폴리메타크릴레이트는 유전성 유체에서 성장하는 GEMO 결정에 대한 유동점 강하제 분자의 포함을 촉진하는 골격을 가지고 있다. 왁스 결정 성장 패턴을 방해하는 것에 의해, 유동점 강하제는 본 유전성 유체 조성물의 작동 범위를 증가시킴으로써, 훨씬 더 낮은 온도에서도 그것을 유체로 유지한다. 적합한 유동점 강하제의 비제한적인 예에는 메타크릴산 에스테르, 폴리알킬 메타크릴레이트, 지방산 유래의 지방산 알킬 에스테르, 폴리비닐 아세테이트 올리고머, 아크릴 올리고머, 비스코플렉스(VISCOPLEX) 10-310, 비스코플렉스 10-930 및 비스코플렉스 10-950이 포함된다. 일 실시양태에서, 유동점 강하제는 폴리메타크릴레이트 (PMA)이다.
일 실시양태에서, 유동점은 유전성 유체를 내한화하는 것에 의해 추가적으로 감소될 수 있다. "내한화"는 저온에서 GEMO에 나타나는 침강물을 제거하는 과정이다. 침강은 오일 점도의 감소를 동반한다. 내한화는 수시간 동안 온도를 순차적으로 5 ℃, 0 ℃ 및 -12 ℃로 감소시키고, 규조토를 사용하여 고체를 여과하는 것에 의해 수행될 수 있다.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 GEMO, 블렌드 성분 및 항산화제를 포함할 수 있다. 상기 블렌드 성분은 하기 중 1종 이상일 수 있다: 식물성 오일, 종자 오일, 미네랄 오일, 실리콘 유체, 합성 에스테르, 폴리 알파올레핀, 및 이들의 조합.
4. 특성
본 GEMO는 그것을 유전성 유체로서의 용도에 적합하게 하는 고유의 물리적 특성들을 가지고 있다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 유전 강도는 ASTM D 1816에 따라 측정하였을 때 20 kV/mm (1 mm 갭) 이상, 또는 35 kV (2.5 mm 갭) 이상, 또는 40 KV/100 mil (2.5 mm 갭) 이상이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 방산 계수(dissipation factor)는 ASTM D 924에 따라 측정하였을 때 25 ℃에서 0.5 % 미만, 0.2 % 미만, 또는 0.1 % 미만이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 산성도는 ASTM D 974에 따라 측정하였을 때 0.06 mgKOH/g 미만, 또는 0.03 mgKOH/g 미만, 또는 0.02 mgKOH/g 미만이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 전기 전도성은 ASTM D 2624에 따라 측정하였을 때 25 ℃에서 1 pS/m 미만, 또는 0.25 pS/m 미만이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 인화점은 ASTM D 92에 따라 측정하였을 때 145 ℃ 이상, 또는 200 ℃ 이상, 또는 250 ℃ 이상, 또는 300 ℃ 이상이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 발화점 온도는 ASTM D 92에 따라 측정하였을 때 300 ℃ 이상이다.
GEMO를 함유하는 본 유전성 유체의 유동점은 ASTM D 97에 따라 측정하였을 때 -10 ℃ 미만, 또는 -15 ℃ 미만, 또는 -20 ℃ 미만, 또는 -30 ℃ 미만이다.
본 유전성 유체는 ASTM D 1533에 따라 측정하였을 때 200 ppm 미만, 또는 0 ppm, 또는 10 ppm 내지 100 ppm, 또는 200 ppm 미만의 최초 수분 함량을 가진다.
본 유전성 유체는 PCB가 없거나, 결여되어 있거나, 아니면 결핍되어 있다. 다른 말로 하면, 유전성 유체에 존재하는 PCB (존재할 경우)의 양이 ASTM D 4059에 의해서는 검출가능하지 않다.
일 실시양태에서, 본 유전성 유체는 ASTM D 445 (브룩필드(Brook field)에 따라 측정하였을 때 40 ℃에서 약 50 cSt 미만, 그리고 100 ℃에서 15 cSt 미만의 점도를 가진다.
본 유전성 유체는 전기 특성들의 임의 조합을 포함할 수 있다.
5. 장치
본 개시는 장치를 제공한다. 상기 장치는 전기 부품을 포함하며, 본 유전성 유체가 상기 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있다. 본 유전성 유체는 트리글리세리드를 포함하는 GEMO (임의로 소형 글리세리드 및/또는 올리고당 포함) 및 항산화제를 포함한다. 적합한 전기 부품의 비제한적인 예에는 변압기, 커패시터, 스위칭 기어, 송신 부품, 배전 부품, 스위치, 안정기, 회로 차단기, 자동개폐차단기 등의 부품, 유체-충전 송신선 및/또는 이들의 조합이 포함된다.
유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결된다. 본원에서 사용될 때 "작동가능한 연결"은 유전성 유체가 전기 부품을 냉각하거나 및/또는 절연하는 것을 가능케 하는 배열구조 및/또는 공간적 관계이다. 따라서, 작동가능한 연결에는 하기의 배열구조에 의한 유전성 유체와 전기 부품 사이의 직접적이거나 및/또는 간접적인 접촉이 포함된다: 전기 부품 내의, 상의, 주변의, 그에 인접한, 그와 접촉되어 있는, 그를 둘러싼 (전체적으로 또는 부분적으로), 및/또는 그와 근접한 유전성 유체; 및 유전성 유체에 침지되어 있는 (전체적으로 또는 부분적으로) 전기 부품.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있으며, GEMO는 0.1 중량% 내지 30 중량%의 소형 글리세리드를 포함한다.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있으며, GEMO는 0.1 중량% 내지 1.0 중량%의 소형 글리세리드를 포함하고, ASTM D 1533에 따라 측정하였을 때, 유전성 유체는 90 ℃에서 3800 ppm 내지 4200 ppm의 수분 포화점을 가진다.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있으며, GEMO는 0.1 중량% 내지 1.0 중량%의 소형 글리세리드를 포함하고, 유전성 유체는 100 ℃에서 4800 ppm 내지 5600 ppm의 수분 포화도를 가진다.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있으며, GEMO는 0.1 ppm 내지 50,000 ppm의 올리고당을 포함한다. 추가적인 실시양태에서, 유전성 유체는 블렌드 성분을 포함한다.
일 실시양태에서, 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있으며, GEMO는 0.1 중량% 내지 30 중량%의 소형 글리세리드 및 0.1 ppm 내지 50,000 ppm의 올리고당을 포함한다.
일 실시양태에서, 전기 부품은 셀룰로스-기재의 절연 재료를 포함한다. 적합한 셀룰로스-기재 절연 재료의 비제한적인 예에는 크라프트 종이(kraft paper) 및/또는 판지(pressboard)가 포함된다.
유전성 유체에 존재하는 수분은 셀룰로스-기재 절연 재료를 분해하는 것으로 알려져 있다. 유전성 유체의 포화점에 도달하게 되면, 셀룰로스-기재 절연 재료와 접촉하는 잔류 수분은 셀룰로스 섬유를 가수분해함으로써 절연 재료를 분해한다. GEMO에 존재하는 소형 글리세리드는 수분을 흡수함으로써 셀룰로스-기재 절연 재료의 분해를 감소시킨다. 이와 같은 방식으로, 소형 글리세리드의 존재는 GEMO 및 셀룰로스-기재 절연 재료 모두의 수명을 증가시키며, 그것은 상응하여 장치의 사용 기간을 증가시킨다.
일 실시양태에서, 장치는 셀룰로스-기재 절연 재료와 접촉하는 유전성 유체를 포함한다. 전기에서 개시된 바와 같이, 상기 유전성 유체는 60 ℃, 70 ℃, 80 ℃, 90 ℃ 및 100 ℃의 각 온도에서 수분 포화점을 가진다. 추가적인 실시양태에서, 셀룰로스-기재 절연 재료와 접촉하는 유전성 유체는 100 ℃에서 4800 ppm 내지 5600 ppm의 수분 포화점을 가진다.
일 실시양태에서, 전기 부품은 변압기이다. GEMO로 구성되는 본 유전성 유체는 변압기와 작동가능하게 연결되어 있다. 변압기에서, 본 유전성 유체는 (1) 변압기 작동에 의해 생성되는 열 에너지를 방산하는 액체 냉각제, 및/또는 (2) 전기 부품이 변압기와 접촉하거나 거기에 아크를 발생시키는 것을 방지하는 내장 부품들 사이의 절연체를 제공한다. 유전성 유체는 전기 부품을 절연하는 데에 효과적인 양으로 존재한다. 유전성 유체는 또한 셀룰로스-기재 절연 재료로 제조되는 절연 종이의 분해를 지연시킨다. 변압기의 수명은 통상적으로 절연 종이의 수명에 의해 결정된다. 탈수제에 존재하는 소형 글리세리드 및/또는 올리고당은 절연 종이의 수분은 물론, 유전성 유체의 수분도 조절한다. 절연 종이를 보존함으로써, 본 유전성 유체는 유리하게도 변압기의 수명을 증가시킨다.
일 실시양태에서, 변압기는 배전 변압기(distribution transformer)이다. 배전 변압기는 하우징 또는 탱크 내의 일차 및 이차 코일 또는 권취물들(windings), 그리고 권취물과 작동가능하게 연결되어 있는 탱크 내의 유전성 유체를 포함한다. 권취물들은 유전성 유체를 통하여 서로 절연되어 있으며, 철 또는 강철과 같은 자성과 관련하여 적합한 재료의 공통 코어 주변에 권취되어 있다. 상기 코어 및/또는 권취물은 추가적으로 절연하고 열을 흡수하기 위한 적층물, 절연 코팅 또는 절연 종이 재료를 가질 수도 있다. 코어 및/또는 권취물은 유전성 유체에 침지되어 있어서, 유체의 자유로운 순환이 가능하다. 유전성 유체는 코어 및 권취물을 덮어 둘러싼다. 유전성 유체는 절연체 및 하우징 내 다른 곳의 모든 소형 공극을 완전히 충전한다. 변압기 하우징은 탱크 주변에 기밀 및 유밀(fluid-tight) 밀봉을 제공함으로써, 축적되어 결국 변압기의 고장을 야기할 수 있는 공기 및/또는 오염물의 진입을 방지한다. 배전 변압기는 통상적으로 36 kV 이하 범위인 시스템 전압을 가진다.
일 실시양태에서, 전기 부품은 전력 변압기이다. 전력 변압기는 통상적으로 36 kV 이상 범위인 시스템 전압을 가진다.
코어 및 코일 조립체로부터의 열 전달률을 향상시키기 위하여, 변압기는 증가된 냉각을 제공하기 위한 추가적인 구조, 예컨대 냉각을 제공하는 데에 가용한 표면적을 증가시키기 위하여 제공되는 탱크상 핀, 또는 탱크에 결합되어 있으며, 탱크 상부로 부상하는 고온의 유체가 튜브를 통해 그것이 순환될 때 냉각되어 탱크의 저부로 복귀할 수 있도록 제공되는 라디에이터 또는 튜브를 포함할 수 있다. 이러한 튜브, 핀 또는 라디에이터는 탱크 벽 단독에 의해 제공되는 것을 능가하는 추가적인 냉각 표면을 제공한다. 고온의 유전성 유체 및 가열된 탱크로부터의 열을 주변 공기로 더 잘 전달하기 위하여, 가열된 변압기 구역을 거슬러, 또는 라디에이터나 튜브를 거슬러 송풍되는 기류를 강제하는 팬이 제공될 수도 있다. 또한, 일부 변압기는 탱크 저부로부터 파이프 또는 라디에이터를 통하여 탱크 상부로 (또는 탱크로부터 별도의 원거리 냉각 장치로, 그리고 다음에 다시 변압기로) 유전성 유체를 순환시키기 위한 펌프를 포함하는 강제 오일 냉각 시스템을 포함한다.
다른 실시양태들 역시 가능해서, 변압기에서의 용도로 제한되는 것은 아니다.
본 유전성 유체는 생분해성이며 비-독성이다. 생분해성은 본 유전성 유체의 폐기를 용이하게 하며, 유전성 유체가 변압기 위치 부근의 땅 또는 지면상으로 누출될 경우의 위험성을 제거한다.
일 실시양태에서, 본 개시는 전기 부품과 작동가능하게 연결되도록 본 유전성 유체를 위치시키는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 상기 유전성 유체는 트리글리세리드를 포함하는 GEMO (임의로 소형 글리세리드 및/또는 올리고당을 포함함), 항산화제, 및 임의로 블렌드 성분을 함유하는 본 유전성 유체이다. 상기 방법은 추가적으로 본 유전성 유체를 사용하여 전기 부품을 냉각하는 것을 포함한다. 상기 전기 부품에는 변압기, 커패시터, 스위칭 기어, 전력 케이블, 배전 부품 (예컨대 오일-충전 배전 케이블), 스위치, 안정기, 회로 차단기, 자동개폐차단기, 유체-충전 송신선 및/또는 이들의 조합 중 어느 하나가 포함될 수 있다.
일 실시양태에서, 본 개시는 전기 부품과 작동가능하게 연결되도록 유전성 유체를 위치시키는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 상기 유전성 유체는 GEMO (임의로 올리고당을 포함함), 및 임의로 블렌드 성분을 가지는 본 유전성 유체이다. 상기 방법은 추가적으로 유전성 유체를 사용하여 전기 부품을 절연하는 것을 포함한다. 상기 전기 부품에는 변압기, 커패시터, 스위칭 기어, 전력 케이블, 배전 부품 (예컨대 오일-충전 배전 케이블), 스위치, 안정기, 회로 차단기, 자동개폐차단기, 유체-충전 송신선 및/또는 이들의 조합 중 어느 하나가 포함될 수 있다.
정의
본 개시에서의 숫자 범위는 근사치이며, 따라서 다르게 표시되지 않는 한, 범위 밖의 값들을 포함할 수 있다. 임의의 하위 값과 임의의 더 높은 값 사이에 2개 단위 이상의 간격이 존재한다는 전제하에, 숫자 범위에는 하위 및 상위 값을 포함하여, 그로부터 1개 단위의 증분으로 모든 값들이 포함된다. 예를 들어, 조성, 물리적 또는 기타 특성이 100 내지 1,000인 경우라면, 모든 개별 값들 예컨대 100, 101, 102 등, 그리고 하위범위 예컨대 100 내지 144, 155 내지 170, 197 내지 200 등을 명시적으로 열거하고자 하는 것이다. 1 미만이거나, 또는 1을 초과하는 분수 (예컨대 1.1, 1.5 등)를 함유하는 값들을 함유하는 범위의 경우, 1개 단위는 경우에 따라 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 간주된다. 10 미만인 단일 자리 수를 함유하는 범위 (예컨대 1 내지 5)의 경우, 1개 단위는 통상적으로 0.1인 것으로 간주된다. 이는 무엇이 구체적으로 의도되는지에 대한 예일 뿐으로써, 본 개시에서는 열거된 최저값과 최고값 사이 숫자 값들의 모든 가능한 조합이 명시적으로 언급되는 것으로 간주되어야 한다.
화합물과 관련하여 사용될 때, 구체적으로 다르게 표시되지 않는 한, 단수형은 모든 이성질체 형태를 포함하며, 그 반대도 마찬가지이다 (예를 들면, "헥산"에는 헥산의 모든 이성질체가 개별적으로 또는 집합적으로 포함됨). "화합물" 및 "복합체"라는 용어는 유기-, 무기- 및 유기금속 화합물을 지칭하는 데에 호환가능하게 사용된다.
"산성도"는 알콜성 KOH의 용액을 사용하여 중화점까지 공지 부피의 오일을 적정함으로써 측정된다. mgKOH 당 그램으로 나타낸 오일의 중량은 호환가능하게 산가(acidity number) 또는 중화가(neutralization number)로 지칭된다. 산성도는 ASTM 시험법 D 974를 사용하여 측정된다.
"항산화제"는 다른 분자의 산화를 늦추거나 방지할 수 있는 분자이다.
"블렌드", "유체 블렌드" 등의 용어는 2종 이상 유체의 블렌드는 물론, 다양한 첨가제와의 유체의 블렌드이다. 그와 같은 블렌드는 혼화가능할 수 있거나, 그렇지 않을 수 있다. 그와 같은 블렌드는 상 분리성일 수 있거나, 그렇지 않을 수 있다. 광 산란 및 업계에 알려져 있는 임의의 다른 방법으로 측정하였을 때, 그와 같은 블렌드는 하나 이상의 도메인 배열구조를 함유할 수 있거나, 그렇지 않을 수 있다.
"조성물" 등의 용어는 2종 이상 성분들의 혼합물 또는 블렌드이다.
"포함하는", "포함되는", "가지는"이라는 용어 및 이들의 파생어는 그것이 구체적으로 개시되는지 여부에 관계없이, 소정의 추가적인 성분, 단계 또는 절차의 존재를 배제하고자 하는 것은 아니다. 어떠한 의심도 방지하기 위하여, "포함하는"이라는 용어의 사용을 통하여 주장되는 모든 조성물은 반대로 언급되지 않는 한, 중합체인지 아닌지에 관계없이, 어떠한 추가적인 첨가제, 아주반트 또는 화합물도 포함할 수 있다. 반면, "본질적으로 ~로 구성되는"이라는 용어는 이어지는 소정의 문구의 영역에서 작동성에 있어서 본질적이지 않은 것들을 제외한 어떠한 다른 성분, 단계 또는 절차도 배제한다. "~로 구성되는"이라는 용어는 구체적으로 서술 또는 열거되지 않은 어떠한 성분, 단계 또는 절차도 배제한다. "또는"이라는 용어는 다르게 언급되지 않는 한, 열거된 구성원을 개별적으로는 물론 소정의 조합으로도 지칭한다.
"유전성 파괴 전압(Dielectric breakdown voltage)"은 실패 없이 전기적 스트레스를 견뎌내는 액체 능력의 척도이다. 유전성 파괴 전압은 액체 중의 물, 먼지, 셀룰로스계 섬유 또는 전도성 입자와 같은 오염 요소들의 존재를 표시하는 작용을 하는데, 낮은 파괴 전압이 수득되는 경우, 이들 중 1종 이상이 상당 농도로 존재할 수 있다. 그러나, 높은 유전성 파괴 전압이 반드시 모든 오염물의 부재를 표시하는 것은 아니어서; 단순히 전극들 사이 액체에 존재하는 오염물의 농도가 액체의 평균 파괴 전압에 유해한 영향을 줄 정도로 충분히 크지 않다는 것을 표시할 수 있다. 유전성 파괴 전압은 ASTM D 1816에 따라 측정된다.
"유전성 유체"는 ASTM D 1816 (VDE 전극, 1 mm 갭)에 따라 측정하였을 때의 20 kV를 초과하는 유전성 파괴, 또는 ASTM D 924 (60 Hz, 25 ℃)에 따라 측정하였을 때의 0.2 % 미만, 그리고 100 ℃에서의 4 미만 (ASTM D 924, 60 Hz)의 방산 계수를 가지는 비-전도성 유체이다. 유전성 유체는 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 위치될 경우 냉각 또는 절연 특성을 제공한다.
"유전 강도" 또는 "유전성 파괴" (MV/m 또는 kV/mm로 나타냄)는 유전성 유체가 본질적으로 파괴 없이 견뎌낼 수 있는 최대 전기장 강도이다. 유전 강도는 100-150 ml의 오일 샘플을 시험 셀에 넣고 특정 갭으로 이격된 시험 전극들 사이에 전압을 인가함으로써 측정된다. 파괴 전압은 밀리미터 당 볼트로 기록된다. 시험은 바람직하게는 5회 전개되며, 평균 값이 계산된다. 유전 강도는 ASTM D 1816 또는 ASTM D 877을 사용하여 측정된다.
"방산 계수"는 전도성 종으로 인한 전기 손실의 척도로써, 시험 셀 내에서 커패시턴스 브릿지(capacitance bridge)를 사용하여 유체의 커패시턴스를 측정하는 것에 의해 시험된다. 방산 계수는 ASTM D 924를 사용하여 측정된다.
"전기 전도성"은 엠시 미터(Emcee meter)와 같은 전도성 측정장치를 사용하여 측정된다. 전기 전도성은 ASTM D 2624에 따라 측정된다.
"인화점"은 공기 및 점화원에 노출되었을 때 유체 증기의 점화를 초래하게 되는 유체의 온도이다. 인화점은 유체 샘플을 인화점 시험장치에 넣고, ASTM D 92에 따라 그것이 점화되는 온도를 측정하는 것에 의해 측정된다.
"발화점"은 공기 및 점화원에 노출되었을 때 지속적인 연소가 이루어지는 유체의 온도이다. 발화점은 ASTM D 92에 따라 측정된다.
"지질"은 비극성 용매 (예컨대 에테르 및 클로로포름)에 가용성이며 물에는 비교적 또는 완전히 불용성인 종류의 탄화수소이다. 지질 분자는 그것이 자연상에서 소수성인 긴 탄화수소 사슬로 대부분 구성되기 때문에 이러한 특성을 가진다. 지질의 예에는 지방산 (포화 및 불포화); 글리세리드 또는 글리세롤지질 (예컨대 모노글리세리드, 디글리세리드, 트리글리세리드 또는 중성 지방, 및 포스포글리세리드 또는 글리세롤인지질); 비글리세리드(nonglyceride) (스핑고지질, 콜레스테롤 및 스테로이드 호르몬을 포함한 스테롤 지질, 테르페노이드를 포함한 프레놀 지질, 지방 알콜, 왁스 및 폴리케티드); 및 복합 지질 유도체 (당-결합 지질, 또는 당지질 및 단백질-결합 지질)가 포함된다. "지방"은 "트리아실글리세리드"로 지칭되는 지질의 하위군이다.
"산화"는 일 물질로부터 산화제로 전자를 전달하는 화학 반응이다. 산화 반응은 조성물을 분해할 수 있는 반응성의 자유 라디칼을 생성시킬 수 있다. 항산화제는 자유 라디칼을 종료시킬 수 있다.
"유동점"은 액체가 정해진 조건하에서 흐르거나 유동하게 되는 최저 온도이다. 유동점은 드라이아이스/아세톤을 사용하여 오일 샘플을 냉각하고, 액체가 반-고체가 되는 온도를 측정함으로써 측정된다. 유동점은 ASTM D 97을 사용하여 측정된다.
"점도"는 유동에 대한 유체의 내성의 척도이다. 점도는 ASTM D 445에 따라 브룩필드(Brookfield)-점도계를 사용하여 측정된다.
"수분 포화점"은 유전성 유체 중 수분의 포화 백분율이다. 수분 포화점은 온도 및 유전성 유체의 화학 구조의 함수이다. 수분 포화점이 증가할수록, 유전 강도는 일반적으로 감소한다. 수분 포화점은 교반기가 장착된 밀봉된 시험 용기에 시험될 샘플을 넣고 액체에 열을 적용함으로써 측정된다. 상대 포화도 (%RS) 및 온도를 측정할 수 있는 오일-중-수분 센서가 시험 용기에 삽입된다. 시험은 주어진 온도에서 수행된다. 각 온도에서, 오일-중-수분 센서로부터 바로 실제 온도 및 상대 포화도 값이 기록되며, 샘플은 칼 피셔 적정(Karl Fischer titration)에 의한 유체 총 수분 함량의 측정을 위하여 제거되어, ASTM 방법 D 1533에 따라 측정된다. 수분의 단위 척도는 백만 당 부 (ppm)으로 나타낸다.
지금부터, 하기의 실시예에서 본 개시의 일부 실시양태가 상세하게 기술될 것이다.
[
실시예
]
1.
GEMO
의 제조
각각 GEMO1 및 GEMO2 용으로, 발효 공정에 의해 유전적으로 조작된 미생물 오일을 제조한다. 유전자 조작 미생물은 클로렐라 속에 속하는 종속영양성 미세조류이다. 탄소 공급원은 수크로스이다.
2. 유전성 유체의 제조
하기의 절차를 사용하여 유전성 유체 1 (GEMO1 포함) 및 유전성 유체 2 (GEMO2 포함)를 제조한다.
70 ℃로 일정한 수조 내에 설치된 유리용기에서 GEMO를 가열한다. 상기 GEMO에 페놀계 항산화제 안정화제를 첨가한다. 자석 막대를 사용하여 GEMO 조성물을 교반함으로써 70 ℃에서 항산화제를 용해시키고, 1시간 동안 진공 압력을 적용하여 수분을 제거한다. 실온으로 냉각한 후, 여과장치를 사용하여 1 마이크로미터 여과 종이상에서 GEMO 조성물을 여과함으로써, 모든 미립자 및 외래 불순물, 그리고 왁스질 성분들을 제거한다. GEMO 및 항산화제를 함유하는 생성 유전성 유체는 IEEE C57.147에 따른 변압기 유체의 요건을 충족한다. GEMO의 성분 및 유전성 유체의 특성을 하기 표 3-6에 제공하였다.
하기 표 3은 GEMO1의 성분을 나타낸다.
하기 표 4는 유전성 유체 1 (GEMO1 포함)이 IEEE C57.147에 따른 변압기 유체로서의 화학적, 물리적 및 전기적 특성 기준을 통과함을 보여준다.
하기 표 5-6은 GEMO2의 성분 및 유전성 유체 2 (GEMO2 포함)의 특성을 나타낸다.
* AOCS Cd 11d-96 (미국 오일 화학인 협회(American oil chemist society)): 고압 액체 크로마토그래피-증발 광 산란 검출기 (HPLC-ELSD)에 의해 측정된 모노글리세리드 및 디글리세리드의 양.
하기 표 6은 유전성 유체 2 (GEMO2 포함)가 IEEE C57.147에 따른 변압기 유체로서의 화학적, 물리적 및 전기적 특성 기준을 통과함을 보여준다.
구체적으로, 본 개시는 본원에 함유되는 실시양태 및 예시로 제한되는 것이 아니라, 실시양태의 일부 및 상이한 실시양태들의 요소 조합을 포함한 상기 실시양태들의 변형된 형태를 하기 청구범위의 영역에 속하는 것으로 포함하고자 한다.
Claims (19)
- (i) 트리글리세리드; 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO) 중량을 기준으로 0.1 ppm 내지 100 ppm의 올리고당; 및 에스테르 결합에 의해 2개 이하의 지방산 사슬에 공유 결합된 글리세롤 분자를 포함하는, GEMO 중량을 기준으로 0.81 중량% 내지 0.90 중량%의 소형 글리세리드
를 포함하는 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO); 및
(ii) 항산화제
를 포함하며, ASTM D 1533에 따라 측정하였을 때 90 ℃에서 3800 ppm 내지 4200 ppm의 수분 포화도를 가지는,
유전성 유체. - 삭제
- 삭제
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서, GEMO가 60 중량% 이상의 올레산을 포함하는 유전성 유체.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서, GEMO가 65 중량% 초과의 올레산 및 15 중량% 미만의 리놀레산을 포함하는 유전성 유체.
- 제1항에 있어서, 불균질(heterogeneous) 트리글리세리드를 포함하는 유전성 유체.
- ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서, 항산화제가 페놀계 항산화제 및 아민 항산화제로 구성되는 군에서 선택되는 유전성 유체.
- 제1항에 있어서, 산화 억제제, 부식 억제제, 금속 불활성화제, 유동점 강하제 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택된 첨가제를 포함하는 유전성 유체.
- ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D 97에 따라 측정하였을 때 -10 ℃ 미만의 유동점을 가지는 유전성 유체.
- 삭제
- 전기 부품; 및
상기 전기 부품과 작동가능하게 연결되어 있는 유전성 유체
를 포함하는 장치이며,
상기 유전성 유체는
(i) 트리글리세리드; 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO) 중량을 기준으로 0.1 ppm 내지 100 ppm의 올리고당; 및 에스테르 결합에 의해 2개 이하의 지방산 사슬에 공유 결합된 글리세롤 분자를 포함하는, GEMO 중량을 기준으로 0.81 중량% 내지 0.90 중량%의 소형 글리세리드
를 포함하는 유전자 조작 미생물 오일 (GEMO); 및
(ii) 항산화제
를 포함하며, ASTM D 1533에 따라 측정하였을 때 90 ℃에서 3800 ppm 내지 4200 ppm의 수분 포화도를 가지는 것인,
장치. - ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서, 유전성 유체가 ASTM D 97에 따라 측정하였을 때 -10 ℃ 미만의 유동점을 가지는 것인 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제11항에 있어서, 유전성 유체가 식물성 오일, 종자 오일, 미네랄 오일, 실리콘 유체, 합성 에스테르, 폴리 알파올레핀 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 블렌드 성분을 추가적으로 포함하는 장치.
- 제11항에 있어서, 전기 부품이 유전성 유체와 접촉하는 셀룰로스-기재 절연 재료를 포함하는 장치.
- 삭제
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제11항에 있어서, 전기 부품이 변압기, 커패시터, 스위치, 안정기, 회로 차단기, 개폐차단기, 유체-충전 송신선 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 장치.
- 제11항에 있어서, 전기 부품이 변압기이며, 유전성 유체가 변압기 내에 존재하는 장치.
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