(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物オイルとシリコーンオイルとを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルの評価方法であって、
前記トランスオイルを容器に入れ、所定の加熱条件で前記容器を加熱して前記トランスオイルに対流を生じさせる第１ステップと、
次いで、前記容器の互いに対向した第１面−第２面間の温度差を算出して、前記トランスオイルのヌセルト数を算出し、前記ヌセルト数に基づいて前記トランスオイルを評価する第２ステップと、を含み、
前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの比率を変えて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを行うことを特徴とするトランスオイルの評価方法。
【請求項２】
前記加熱条件は、等熱流束条件であり、
前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの比率および前記等熱流束条件を変えて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを行い、前記ヌセルト数の大小関係および前記ヌセルト数の変化率に基づいて前記トランスオイルを評価することを特徴とする請求項１に記載のトランスオイルの評価方法。
【請求項３】
前記第１面は前記容器の上面であり、
前記第２面は前記容器の下面であり、
前記第１ステップでは、前記第１面を冷却するとともに前記第２面を加熱して前記トランスオイルに対流を生じさせることを特徴とする請求項１または２に記載のトランスオイルの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスオイルの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスの絶縁および冷却用のオイル（以下、トランスオイル）として、従来から、鉱物由来のオイル（以下、鉱物オイル）が使用されているが、鉱物オイルには、土壌汚染や水質汚濁を引き起こすという問題がある。そのため、近年では、環境適合性の高い植物由来のオイル（以下、植物オイル）を、トランスオイルとして使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２５２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスオイルとして植物オイルを使用することで、土壌汚染や水質汚濁の問題は解消されるが、植物オイルは動粘度が高いため、トランスの冷却特性の更なる向上は期待できなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、環境適合性が高く、かつトランスの冷却特性の更なる向上が期待できるトランスオイルの評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るトランスオイルの評価方法は、
植物オイルとシリコーンオイルとを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルの評価方法であって、
前記トランスオイルを容器に入れ、所定の加熱条件で前記容器を加熱して前記トランスオイルに対流を生じさせる第１ステップと、
次いで、前記容器の互いに対向した第１面−第２面間の温度差を算出して、前記トランスオイルのヌセルト数を算出し、前記ヌセルト数に基づいて前記トランスオイルを評価する第２ステップと、を含み、
前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの比率を変えて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを行う
ことを特徴とする。
【０００９】
上記トランスオイルの評価方法において、
前記加熱条件は、等熱流束条件であり、
前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの比率および前記等熱流束条件を変えて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを行い、前記ヌセルト数の大小関係および前記ヌセルト数の変化率に基づいて前記トランスオイルを評価する
ことが好ましい。
【００１０】
上記トランスオイルの評価方法において、
前記第１面は前記容器の上面であり、
前記第２面は前記容器の下面であり、
前記第１ステップでは、前記第１面を冷却するとともに前記第２面を加熱して前記トランスオイルに対流を生じさせる
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、環境適合性が高く、かつトランスの冷却特性の更なる向上が期待できるトランスオイルの評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の測定装置を示す図である。
【図２】本発明の測定装置が備える計測試験片を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】各オイルのヌセルト数とレイリー数の関係を示す図である。
【図４】本発明の測定装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るトランスオイルおよびトランスオイルの評価方法の実施形態について説明する。
【００１４】
［トランスオイル］
本実施形態のトランスオイルは、植物オイルとシリコーンオイルとを混合してなるものである。また、本実施形態のトランスオイルは、土壌汚染や水質汚濁を引き起こす要因である鉱物オイルを含まない。このため、本実施形態のトランスオイルは、環境適合性が高く、リサイクルが可能である。
【００１５】
シリコーンオイルは植物オイルよりも動粘度が小さいため、シリコーンオイルを植物オイルに混合した本実施形態のトランスオイルは、植物オイルのみからなる従来のトランスオイルよりも動粘度が小さい。すなわち、本実施形態のトランスオイルは、従来のトランスオイルよりもトランス内において対流が生じやすく、熱伝達特性が向上するため、トランスの冷却特性の更なる向上が期待できる。
【００１６】
本実施形態のトランスオイルは、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が、３：7〜７：３の範囲内に含まれていればよい。植物オイルとシリコーンオイルとの体積比を３：7〜７：３の範囲内で調整することにより、動粘度を調整して所望の熱伝達特性を有するトランスオイルを提供することができる。
【００１７】
［トランスオイルの評価方法］
本実施形態の評価方法は、トランスオイルに対流を生じさせる第１ステップと、ヌセルト数に基づいてトランスオイルの熱伝達特性を評価する第２ステップとを含み、植物オイルとシリコーンオイルとの比率を変えて上記第１および第２ステップを繰り返し行うことを特徴とする。
【００１８】
図１に、本実施形態の評価方法を行うための測定装置１Ａを示す。測定装置１Ａは、計測試験片２と、計測試験片２を着脱可能に保持する断熱体３と、断熱体３を保持する保持部４と、保持部４が立設された台座部５と、計測試験片２の上面側に設けられた冷却部６と、冷却部６を制御する冷却制御部７と、計測試験片２の下面側に設けられた加熱部８とを備える。
【００１９】
計測試験片２は、図２に示すように、トランスオイルを封入する直方体形状の封入体（本発明の「容器」に相当）９と、封入体９の上面側および下面側に設けられた上下一対の熱伝導体１０ａ，１０ｂと、熱伝導体１０ａ，１０ｂに設けられた温度検出手段１１とを備える。封入体９の上面は、本発明の「第１面」に相当し、封入体９の下面は、本発明の「第２面」に相当する。
【００２０】
本実施形態では、縦９［ｍｍ］×横９［ｍｍ］×高さ２６［ｍｍ］の計測試験片２を使用し、縦９［ｍｍ］×横９［ｍｍ］×高さ８［ｍｍ］の封入体９を使用した。また、熱伝導体１０ａ，１０ｂとして、アクリルブロックを使用し、温度検出手段１１として、サーミスタを使用した。
【００２１】
本実施形態では、本発明に係るトランスオイルとして、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が３：7のオイル（以下、トランスオイル１）と、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が７：３のオイル（以下、トランスオイル２）の熱伝達特性を評価した。また、比較のために、鉱物オイルと、植物オイルのみからなるオイルと、シリコーンオイルのみからなるオイルについても、同様に熱伝達特性を評価した。植物オイルとしては、Ｅｎｖｉｒｏｔｅｍｐ  ＦＲ３（登録商標）を使用し、シリコーンオイルとしては、信越化学工業株式会社製のＫＦ９６Ｌを使用した。各オイルの物性値は、下記の表１のとおりである。なお、シリコーンオイルのみからなるオイルは、トランスオイルとして使用すると発火するおそれがあるため、現状トランスオイルとして使用することはない。
【表１】
0006675707.tif 000002
【００２２】
第１ステップでは、上記の鉱物オイル、植物オイル、トランスオイル１、トランスオイル２およびシリコーンオイルをそれぞれ異なる封入体９に入れ、所定の加熱条件（第１加熱条件および第２加熱条件）で各封入体９を加熱し、各オイルに対流を生じさせた。
【００２３】
第１加熱条件は、オイルの熱流束ｑが１５０［Ｗ／ｍ２］となる等熱流束条件であり、第２加熱条件は、オイルの熱流束ｑが６５０［Ｗ／ｍ２］となる等熱流束条件である。第１加熱条件では、加熱部８と冷却部６との温度差を３０［℃］に設定し、第２加熱条件では、加熱部８と冷却部６との温度差を８０［℃］に設定した。なお、熱伝導体１０ａ，１０ｂでは距離（高さ）と温度が線形関係を有するので、例えば、冷却部６および加熱部８の温度から初期状態における熱伝導体１０ａの下面および熱伝導体１０ｂの上面の温度（封入体９の上面および下面の温度）を算出することにより、熱流束ｑを算出することができる。
【００２４】
第２ステップでは、上記のとおり各オイルに対流を生じさせた状態で（第１加熱条件および第２加熱条件で）、各封入体９の上面と下面の温度をそれぞれ複数回測定する。次いで、下記（１）式に従って各オイルのヌセルト数（Ｎｕ）を算出するとともに、下記（２）式に従って各オイルのレイリー数（Ｒａ）を算出する。
【数１】
0006675707.tif 000003
【数２】
0006675707.tif 000004
上記（１）式において、代表長さＬは、封入体９の高さであり、代表温度差△Ｔは、各封入体９の上面と下面の温度差である。
【００２５】
図３に、第２ステップで算出した各オイルのヌセルト数とレイリー数との関係を示す。図３において、ａ１〜ｅ１は、第１加熱条件における各オイルのヌセルト数の平均値であり、ａ２〜ｅ２は、第２加熱条件における各オイルのヌセルト数の平均値である。図３では、各オイルのヌセルト数の標準誤差をエラーバーで示している。
【００２６】
図３から、第１加熱条件および第２加熱条件の双方において、トランスオイル１，２は、鉱物オイルおよび植物オイルよりもヌセルト数が大であることが分かる。したがって、トランスオイル１，２は、鉱物オイルおよび植物オイルよりも、トランス内において対流が生じやすく、トランスの冷却特性の更なる向上が期待できるといえる。
【００２７】
また、図３から、シリコーンオイルの割合が高いほど、レイリー数に対するヌセルト数の変化率が小さくなることが分かる。例えば、上記変化率は、植物オイル（ｂ１−ｂ２間の変化率）＞トランスオイル１（ｃ１−ｃ２間の変化率）＞トランスオイル２（ｄ１−ｄ２間の変化率）＞シリコーンオイル（ｅ１−ｅ２間の変化率）となる。
【００２８】
上記変化率が大きいほど、小さい温度差で熱の輸送量を増やすことができるので、トランスオイルは上記変化率が大きい方（シリコーンオイルの比率が低い方）が好ましい。一方で、トランスの冷却特性の観点からは、上記のとおりヌセルト数が大である方（シリコーンオイルの比率が高い方）が好ましい。したがって、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が３：7〜７：３の範囲内に含まれるトランスオイル（トランスオイル１，２を含む）であれば、小さい温度差で熱の輸送量を増やすことができ、かつトランスの冷却特性の更なる向上も期待できる。
【００２９】
以上、本発明に係るトランスオイルおよびトランスオイルの評価方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
例えば、測定装置１Ａに代えて、図４に示す測定装置１Ｂを使用して、本発明の評価方法を行うことができる。測定装置１Ｂは、外観が円柱状のアクリルケース１２と、アクリルケース１２の中心に設けられた円柱状の金属柱１３と、金属柱１３の外周を覆うコイル部１４と、アクリルケース１２内においてコイル部１４の外側に形成された環状の第１空間部１５と、アクリルケース１２内において第１空間部１５の外側に形成された環状の第２空間部１６とを備える。
【００３１】
第１空間部１５にはトランスオイルが収容され、第２空間部１６には冷却水が収容される。測定装置１Ｂでは、コイル部１４に電流を流してコイル部１４を加熱することにより、第１空間部１５のコイル部１４側と第２空間部１６（冷却水）側との間で温度差が生じ、トランスオイルに対流を生じさせることができる。そして、例えば、第１空間部１５の上部と下部の温度差を算出して、第１空間部１５内のトランスオイルのヌセルト数を算出することができる。
【００３２】
本発明の植物オイルとしては、任意の植物由来のオイルを用いることができ、本発明のシリコーンオイルとしては、任意のシリコーンオイルを用いることができる。また、本発明のトランスオイルは、植物オイルとシリコーンオイルとを混合してなり、鉱物オイルを含まないのであれば、他のオイルが含まれていてもよい。
【００３３】
上記実施形態では、レイリー数に対するヌセルト数に基づいてトランスオイルを評価しているが、本発明の評価方法は、少なくともヌセルト数の大小関係に基づいてトランスオイルを評価できればよい。
【００３４】
上記実施形態では、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が、３：7〜７：３の範囲内に含まれていればよいとしているが、トランスオイルの用途等によっては、シリコーンオイルの比率を下げてもよい。すなわち、本発明のトランスオイルは、大部分が植物オイルからなり、シリコーンオイルがごく少量であるものを含んでもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１Ａ，１Ｂ    測定装置
２    計測試験片
３    断熱体
４    保持部
５    台座部
６    冷却部
７    冷却制御部
８    加熱部
９    封入体
１０ａ，１０ｂ    熱伝導体
１１    温度検出手段
１２    アクリルケース
１３    金属柱
１４    コイル部
１５    第１空間部
１６    第２空間部
【図１】
0006675707.tif 000005
【図２】
0006675707.tif 000006
【図３】
0006675707.tif 000007
【図４】
0006675707.tif 000008