(57)【要約】【課題】            簡易かつ安価に絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法を提供すること【解決手段】        絶縁油１の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置であって、金属カルシウム（Ｃａ）と、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材21を有するカラム２と、カラム２内を加熱する加熱手段３と、カラム２に絶縁油１を供給する供給部４と、カラム２を通過した絶縁油１を回収する回収部５と、で主に構成される。【選択図】          図１
2013203817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置であって、
金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材を有するカラムと、
前記カラム内を加熱する加熱手段と、
前記カラムに絶縁油を供給する供給部と、
前記カラムを通過した絶縁油を回収する回収部と、
を具備することを特徴とする絶縁油改良装置。
【請求項２】
前記加熱手段が加熱するカラム内の温度を80〜200℃の所定温度に制御する温度コントローラーを具備することを特徴とする請求項１記載の絶縁油改良装置。
【請求項３】
前記充填材は更にニッケルを有することを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁油改良装置。
【請求項４】
前記回収部の絶縁油を前記カラムに循環させる循環手段を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の絶縁油改良装置。
【請求項５】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良カラムであって、
80〜200℃の所定の処理温度において耐熱性を有するカラム本体と、
前記カラム本体の内部に配置され、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材と、
を具備することを特徴とする絶縁油改良カラム。
【請求項６】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良方法であって、
金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材を有し、80〜200℃の所定温度に加熱されたカラム内に、前記絶縁油を通過させてろ過することを特徴とする絶縁油改良方法。
【請求項７】
前記カラムは、更にニッケルを有することを特徴とする請求項６記載の絶縁油改良方法。
【請求項８】
絶縁油に対し、前記ろ過を複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項６又は７記載の絶縁油改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変圧器、回路遮断器、コンデンサー等の電気機器には、絶縁や発生する熱の冷却を目的として絶縁油が使用されている。当該絶縁油は使用するうちに、空気中の水分を吸収したり、空気中の酸素によって酸化したりしてその絶縁性能等が経時的に劣化する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５６２０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように劣化した絶縁油は廃棄等することになるが、当該絶縁油から水分や劣化物等の不純物・添加物を除去することができれば絶縁油をリサイクルすることができ有益である。
【０００５】
そこで本発明は、簡易かつ安価に絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の絶縁油改良装置は、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材を有するカラムと、前記カラム内を加熱する加熱手段と、前記カラムに絶縁油を供給する供給部と、前記カラムを通過した絶縁油を回収する回収部と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この場合、前記加熱手段が加熱するカラム内の温度を80〜200℃の所定温度に制御する温度コントローラーを具備する方が好ましい。
【０００８】
また、前記充填材は更にニッケルを有しても良い。
【０００９】
また、前記回収部の絶縁油を前記カラムに循環させる循環手段を具備しても良い。
【００１０】
また、本発明の絶縁油改良カラムは、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、80〜200℃の所定の処理温度において耐熱性を有するカラム本体と、前記カラム本体の内部に配置され、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の絶縁油改良方法は、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材を有し、80〜200℃の所定温度に加熱されたカラム内に、前記絶縁油を通過させてろ過することを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記カラムは、更にニッケルを有しても良い。
【００１３】
また、絶縁油に対し、前記ろ過を複数回繰り返し行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法は、所定温度に加熱しながらろ過するという簡単な構成で安価に絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の絶縁油改良カラムを示す概略端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、図１ないし図５を用いて、本発明の絶縁油改良装置及びこれに用いる絶縁油改良カラム（以下、カラムという）について説明する。
【００１７】
本発明の絶縁油改良装置は、図１及び図５に示すように、絶縁油１の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウム（Ｃａ）と、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材21を有するカラム２と、カラム２内を加熱する加熱手段３と、カラム２に絶縁油１を供給する供給部４と、カラム２を通過した絶縁油１を回収する回収部５と、で主に構成される。
【００１８】
ここで、不純物・添加物とは、絶縁油１の絶縁性や冷却性等の特性を下げるものを意味し、例えば、一般的なトランス用絶縁油の酸化物である4-ヒドロキシビフェニルや、ヒドロキシビフェニルが酸化されダイオキシン類となったジベンゾフラン等の劣化物や水分等を意味する。
【００１９】
金属カルシウムは、電子移動による還元力を有する金属であり、酸化した劣化物を還元し再生するためのものである。使用量は、絶縁油１に含まれる劣化物や水分の量によって適宜調節して用いれば良い。
【００２０】
酸化カルシウムと水酸化カルシウムはどちらを用いても良いが、酸化カルシウムには吸湿性があり、絶縁油１に含まれる水分を除去できる点で好ましい。使用量は、絶縁油１に含まれる劣化物や水分の量、金属カルシウムの量等によって適宜調節して用いれば良い。例えば、金属カルシウムと酸化カルシウムの比を１：９程度にすることができる。もちろん、この値に限定されるものではない。
【００２１】
また、充填材21としては、更に触媒として作用するニッケルを微量含有しても良い。
【００２２】
充填材21として用いる酸化カルシウム、水酸化カルシウム、金属カルシウム、ニッケルの形状は特に限定されないが、粒子径の小さい粉粒体形状のものが好ましい。また、これらは、均一に混合されたものを用いる方が好ましい。例えば、一般的な造粒機等を用いて製造することができる。
【００２３】
カラム２は、図５に示すように、充填材21を内包できる筒状の容器であって、上部側に供給部４と接続するための供給口を有し、下部側に回収部５と接続するための排出口を有するものである。大きさは、絶縁油１から不純物・添加物を除去するのに必要な滞留時間を確保できる大きさであれば良く、絶縁油１の通過速度や不純物・添加物の分解速度などから適宜決定すればよい。また、カラム２は、加熱手段３によって加熱される処理温度に対し耐熱性を有するもので、例えばステンレス鋼等の金属製のものや、ガラス製のものなどを用いれば良い。
【００２４】
また、カラム２は、充填材21の下部側に、綿球、石英砂、珪藻土のいずれか１以上からなる目詰まり防止材22を配置しても良い。目詰まり防止材22に用いる綿球、石英砂、珪藻土の形状や大きさは、カラム２の排出口が目詰まりを起こすのを防止でき、かつ、絶縁油１から不純物・添加物を除去するのに必要な滞留時間を確保できるものであればどのようなものでも良く、絶縁油１の通過速度や不純物・添加物の分解速度などから適宜決定すればよい。
【００２５】
加熱手段３は、充填材21やカラム２内を通過する絶縁油１を所定温度に加熱するためのものである。加熱手段３としては、カラム２内を加熱できればどのようなものでも良く、電気ヒーター等を用いることができる。また、加熱手段３は、カラム２の外壁に配置して外側から加熱するものであっても、カラム２内に配置して内部から加熱するものであっても良い。また、カラム２の外側又は内側に加熱コイルを配置し、加熱コイルに温水やスチーム、熱媒を供給するものであっても良い。
【００２６】
また、図示しないが、例えば熱電対等の温度検出手段が検出したカラム２又は絶縁油１の温度に基づいて加熱手段３を制御する温度コントローラーを具備しても良い。この場合、絶縁油１の温度は、水分の除去を目的とするのであれば８０℃程度でも良いが、劣化物等の化学分解も行うのであれば、180度前後の熱が必要となる。したがって、絶縁油１の温度は、80〜200℃に制御するのが良く、更に好ましくは、180℃に制御するのが良い。
【００２７】
供給部４は、カラム２に絶縁油１を供給するためのもので、例えば、絶縁油１を貯留するバッファータンク41と、バッファータンク41とカラム２の供給口とをつなぐ供給管42と、当該供給管42に設けられカラム２内に供給される絶縁油１の流量を調節する供給流量調節弁43と、で構成すれば良い。バッファータンク41からカラム２へ絶縁油１を流す方法としては、バッファータンク41をカラム２より高い位置に配置し重力で流れ落ちるようにしても良いし、ポンプ等を供給管42に設けて強制的に流すようにしても良い。
【００２８】
また、変圧器等の電気機器400からバッファータンク41に絶縁油１を送るためのバッファータンク用供給管44と、当該バッファータンク用供給管44に設けられ電気機器400からバッファータンク41まで絶縁油１を流すためのポンプ45と、を更に具備しても良い。
【００２９】
また、図２に示すように、電気機器400内の劣化した絶縁油１を確実にバッファータンク41へ送るために、別の絶縁油１を貯留する絶縁油貯留タンク46と、絶縁油貯留タンク46から電気機器400に絶縁油１を送るための電気機器用供給管47と、当該電気機器用供給管47に設けられ絶縁油貯留タンク46から電気機器400まで絶縁油１を流すためのポンプ48と、電気機器用供給管47を開閉するための開閉弁49とを更に具備しても良い。
【００３０】
回収部５は、カラム２を通過した絶縁油１を回収するためのもので、例えば、カラム２より下部側に配置され絶縁油１を貯留する回収タンク51と、回収タンク51とカラム２の排出口とをつなぐ排出管52と、当該排出管52を開閉するための開閉弁53と、で構成すれば良い。また、回収タンク51には、回収した絶縁油１を取り出すための取り出し口54に通じる取り出し用配管55と、当該取り出し用配管55に設けられ回収タンク51から取り出し口54まで絶縁油１を流すためのポンプ56と、取り出し用配管55を開閉するための開閉弁57と、を更に具備しても良い。
【００３１】
また、本発明の絶縁油改良装置は、更に、回収部５の絶縁油１をカラム２に循環させる循環手段６を設けても良い。例えば、図３に示すように、回収タンク51とバッファータンク41とをつなぐ循環用配管61と、当該循環用配管61に設けられ回収タンク51内の絶縁油１をバッファータンク41へ流すためのポンプ62と、循環用配管61を開閉するための開閉弁63と、で構成すれば良い。
【００３２】
また、図４に示すように、取り出し用配管55の開閉弁57（図１参照）を三方弁64とし、当該三方弁64を介して循環用配管65を電気機器400へ接続して、回収タンク51内の絶縁油１を電気機器400へ戻して循環するようにしても良い。
【００３３】
なお、上記説明では、カラム２が一つの場合について説明したが、カラム２は一つである必要はなく、複数のカラム２を直列に配置して処理することも可能である。
【００３４】
次に、本発明の絶縁油改良方法について上述した絶縁油改良装置を用いて説明する。
【００３５】
まず、電気機器400にバッファータンク用供給管44を接続して、電気機器400内の絶縁油１をバッファータンク41内に貯留する。
【００３６】
また、カラム２及びカラム２内の充填材21は、加熱手段３によって80〜200℃、好ましくは180℃に加熱しておく。
【００３７】
次に、供給流量調節弁43を調節し、供給管42を介してバッファータンク41からカラム２内に絶縁油１を供給する。この際、カラム２内の絶縁油の滞留時間は、最適な処理時間となるように供給流量調節弁43および開閉弁53で任意に調節される。
【００３８】
カラム内に供給された絶縁油１は、充填材21を通過する際に、絶縁油１に含まれる不純物・添加物が金属カルシウムによって分解される。また、充填材21として酸化カルシウムを用いている場合には、絶縁油１内の水分が吸湿される。これにより、絶縁油１が改質される。
【００３９】
カラム２内を通過し改良された絶縁油１は、排出管52を介して回収タンク51に回収される。
【００４０】
なお、回収タンク51に回収された絶縁油１は、循環用配管61を介してバッファータンク41に戻し、複数回カラム２内の充填材21を通してろ過しても良い。
【００４１】
実施例
以下に、本発明の絶縁油改良方法を用いて絶縁油を処理した場合とその比較例の結果を示す。
【００４２】
比較例１
トランス油（出光，製品名：出光トランスフォーマーオイルG，初期微量水分7ppm）に対して、500ppmとなるよう水分を添加混合した（以下、含水トランス油という）。次いで、金属カルシウム及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。次に、常温において、含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、溶離液中の水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は10ppmにまで低下した。
【００４３】
比較例２
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。次に、常温において、前記含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、得られた18mLの溶離液中の水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は9ppmにまで低下した。
【００４４】
実施例１
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填し、カラムをリボンヒーターで180℃に加熱した。次いで、前記含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、得られた19mLの溶離液を常温に冷ました後、水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は検出下限値以下にまで低下した。これにより、カラムを加熱することによって、水分除去率が向上することがわかる。
【００４５】
以下の実施例、比較例では、被分解対象物の初期濃度は20ppmとし、分解物比はガスクロマトグラフィ／質量分析法（GC/MS）のクロマト比から求めた。
【００４６】
実施例２
前記含水トランス油中に4-ヒドロキシビフェニルを20ppmとなるよう添加混合した（以下、HB含水トランス油という）。次に、金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4−ヒドロキシビフェニルは認められず、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが90%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが10%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。したがって、4-ヒドロキシビフェニルを還元し、効果的に分解できることがわかる。
【００４７】
実施例３
前記含水トランス油中にジベンゾフランを20ppmとなるよう添加混合した（以下、DBF含水トランス油という）。次に、金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記DBF含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物のジベンゾフランは認められず、エーテル結合が開裂し、さらに脱酸素化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが85%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが15%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。したがって、ジベンゾフランを還元し、効果的に分解できることがわかる。
【００４８】
比較例３
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで160℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが60%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが30%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが10%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、低い温度では4-ヒドロキシビフェニルに対する還元力が低下した。
【００４９】
比較例４
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ30分掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが10%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが85%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが5%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、処理時間が短いと還元量が低下した。
【００５０】
比較例５
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝0.1：10：89.9）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが20%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが77%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが3%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、触媒として金属ニッケルの量が減ると4-ヒドロキシビフェニルに対する還元力が低下した。
【００５１】
比較例６
金属ニッケル及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：酸化カルシウム＝1：99）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。ほぼ原料回収に終わった。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。これにより、分解には金属カルシウムが必要であることがわかる。なお、金属カルシウムとニッケルのみの粉体は、ミル壁に酷く吸着し粉体を調製できなかった。したがって、分散体としての酸化カルシウムも必須であることがわかる。
【符号の説明】
【００５２】
１  絶縁油
２  カラム
３  加熱手段
４  供給部
５  回収部
６  循環手段
21  充填材
22  目詰まり防止材
400  電気機器
【図１】
2013203817.tif 000003
【図２】
2013203817.tif 000004
【図３】
2013203817.tif 000005
【図４】
2013203817.tif 000006
【図５】
2013203817.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月18日(2012.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置であって、
金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材を有するカラムと、
前記カラム内を加熱する加熱手段と、
前記カラムに絶縁油を供給する供給部と、
前記カラムを通過した絶縁油を回収する回収部と、
を具備することを特徴とする絶縁油改良装置。
【請求項２】
前記加熱手段が加熱するカラム内の温度を80〜200℃の所定温度に制御する温度コントローラーを具備することを特徴とする請求項１記載の絶縁油改良装置。
【請求項３】
前記回収部の絶縁油を前記カラムに循環させる循環手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁油改良装置。
【請求項４】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良カラムであって、
80〜200℃の所定の処理温度において耐熱性を有するカラム本体と、
前記カラム本体の内部に配置され、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材と、
を具備することを特徴とする絶縁油改良カラム。
【請求項５】
絶縁油の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良方法であって、
金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材を有し、80〜200℃の所定温度に加熱されたカラム内に、前記絶縁油を通過させてろ過することを特徴とする絶縁油改良方法。
【請求項６】
絶縁油に対し、前記ろ過を複数回繰り返し行うことを特徴とする請求項５記載の絶縁油改良方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変圧器、回路遮断器、コンデンサー等の電気機器には、絶縁や発生する熱の冷却を目的として絶縁油が使用されている。当該絶縁油は使用するうちに、空気中の水分を吸収したり、空気中の酸素によって酸化したりしてその絶縁性能等が経時的に劣化する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５６２０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように劣化した絶縁油は廃棄等することになるが、当該絶縁油から水分や劣化物等の不純物・添加物を除去することができれば絶縁油をリサイクルすることができ有益である。
【０００５】
そこで本発明は、簡易かつ安価に絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去するための絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の絶縁油改良装置は、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材を有するカラムと、前記カラム内を加熱する加熱手段と、前記カラムに絶縁油を供給する供給部と、前記カラムを通過した絶縁油を回収する回収部と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
この場合、前記加熱手段が加熱するカラム内の温度を80〜200℃の所定温度に制御する温度コントローラーを具備する方が好ましい。
【０００８】
また、前記回収部の絶縁油を前記カラムに循環させる循環手段を具備しても良い。
【０００９】
また、本発明の絶縁油改良カラムは、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、80〜200℃の所定の処理温度において耐熱性を有するカラム本体と、前記カラム本体の内部に配置され、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の絶縁油改良方法は、絶縁油の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウムと、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、ニッケルと、からなる充填材を有し、80〜200℃の所定温度に加熱されたカラム内に、前記絶縁油を通過させてろ過することを特徴とする。
【００１１】
また、絶縁油に対し、前記ろ過を複数回繰り返し行うようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の絶縁油改良装置および絶縁油改良カラム並びに絶縁油改良方法は、所定温度に加熱しながらろ過するという簡単な構成で安価に絶縁油の水分や劣化物等の不純物・添加物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の絶縁油改良装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の絶縁油改良カラムを示す概略端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、図１ないし図５を用いて、本発明の絶縁油改良装置及びこれに用いる絶縁油改良カラム（以下、カラムという）について説明する。
【００１５】
本発明の絶縁油改良装置は、図１及び図５に示すように、絶縁油１の不純物・添加物を除去するためのものであって、金属カルシウム（Ｃａ）と、酸化カルシウム又は水酸化カルシウムの少なくともいずれか一方と、からなる充填材21を有するカラム２と、カラム２内を加熱する加熱手段３と、カラム２に絶縁油１を供給する供給部４と、カラム２を通過した絶縁油１を回収する回収部５と、で主に構成される。
【００１６】
ここで、不純物・添加物とは、絶縁油１の絶縁性や冷却性等の特性を下げるものを意味し、例えば、一般的なトランス用絶縁油の酸化物である4-ヒドロキシビフェニルや、ヒドロキシビフェニルが酸化されダイオキシン類となったジベンゾフラン等の劣化物や水分等を意味する。
【００１７】
金属カルシウムは、電子移動による還元力を有する金属であり、酸化した劣化物を還元し再生するためのものである。使用量は、絶縁油１に含まれる劣化物や水分の量によって適宜調節して用いれば良い。
【００１８】
酸化カルシウムと水酸化カルシウムはどちらを用いても良いが、酸化カルシウムには吸湿性があり、絶縁油１に含まれる水分を除去できる点で好ましい。使用量は、絶縁油１に含まれる劣化物や水分の量、金属カルシウムの量等によって適宜調節して用いれば良い。例えば、金属カルシウムと酸化カルシウムの比を１：９程度にすることができる。もちろん、この値に限定されるものではない。
【００１９】
また、充填材21としては、更に触媒として作用するニッケルを微量含有しても良い。
【００２０】
充填材21として用いる酸化カルシウム、水酸化カルシウム、金属カルシウム、ニッケルの形状は特に限定されないが、粒子径の小さい粉粒体形状のものが好ましい。また、これらは、均一に混合されたものを用いる方が好ましい。例えば、一般的な造粒機等を用いて製造することができる。
【００２１】
カラム２は、図５に示すように、充填材21を内包できる筒状の容器であって、上部側に供給部４と接続するための供給口を有し、下部側に回収部５と接続するための排出口を有するものである。大きさは、絶縁油１から不純物・添加物を除去するのに必要な滞留時間を確保できる大きさであれば良く、絶縁油１の通過速度や不純物・添加物の分解速度などから適宜決定すればよい。また、カラム２は、加熱手段３によって加熱される処理温度に対し耐熱性を有するもので、例えばステンレス鋼等の金属製のものや、ガラス製のものなどを用いれば良い。
【００２２】
また、カラム２は、充填材21の下部側に、綿球、石英砂、珪藻土のいずれか１以上からなる目詰まり防止材22を配置しても良い。目詰まり防止材22に用いる綿球、石英砂、珪藻土の形状や大きさは、カラム２の排出口が目詰まりを起こすのを防止でき、かつ、絶縁油１から不純物・添加物を除去するのに必要な滞留時間を確保できるものであればどのようなものでも良く、絶縁油１の通過速度や不純物・添加物の分解速度などから適宜決定すればよい。
【００２３】
加熱手段３は、充填材21やカラム２内を通過する絶縁油１を所定温度に加熱するためのものである。加熱手段３としては、カラム２内を加熱できればどのようなものでも良く、電気ヒーター等を用いることができる。また、加熱手段３は、カラム２の外壁に配置して外側から加熱するものであっても、カラム２内に配置して内部から加熱するものであっても良い。また、カラム２の外側又は内側に加熱コイルを配置し、加熱コイルに温水やスチーム、熱媒を供給するものであっても良い。
【００２４】
また、図示しないが、例えば熱電対等の温度検出手段が検出したカラム２又は絶縁油１の温度に基づいて加熱手段３を制御する温度コントローラーを具備しても良い。この場合、絶縁油１の温度は、水分の除去を目的とするのであれば８０℃程度でも良いが、劣化物等の化学分解も行うのであれば、180度前後の熱が必要となる。したがって、絶縁油１の温度は、80〜200℃に制御するのが良く、更に好ましくは、180℃に制御するのが良い。
【００２５】
供給部４は、カラム２に絶縁油１を供給するためのもので、例えば、絶縁油１を貯留するバッファータンク41と、バッファータンク41とカラム２の供給口とをつなぐ供給管42と、当該供給管42に設けられカラム２内に供給される絶縁油１の流量を調節する供給流量調節弁43と、で構成すれば良い。バッファータンク41からカラム２へ絶縁油１を流す方法としては、バッファータンク41をカラム２より高い位置に配置し重力で流れ落ちるようにしても良いし、ポンプ等を供給管42に設けて強制的に流すようにしても良い。
【００２６】
また、変圧器等の電気機器400からバッファータンク41に絶縁油１を送るためのバッファータンク用供給管44と、当該バッファータンク用供給管44に設けられ電気機器400からバッファータンク41まで絶縁油１を流すためのポンプ45と、を更に具備しても良い。
【００２７】
また、図２に示すように、電気機器400内の劣化した絶縁油１を確実にバッファータンク41へ送るために、別の絶縁油１を貯留する絶縁油貯留タンク46と、絶縁油貯留タンク46から電気機器400に絶縁油１を送るための電気機器用供給管47と、当該電気機器用供給管47に設けられ絶縁油貯留タンク46から電気機器400まで絶縁油１を流すためのポンプ48と、電気機器用供給管47を開閉するための開閉弁49とを更に具備しても良い。
【００２８】
回収部５は、カラム２を通過した絶縁油１を回収するためのもので、例えば、カラム２より下部側に配置され絶縁油１を貯留する回収タンク51と、回収タンク51とカラム２の排出口とをつなぐ排出管52と、当該排出管52を開閉するための開閉弁53と、で構成すれば良い。また、回収タンク51には、回収した絶縁油１を取り出すための取り出し口54に通じる取り出し用配管55と、当該取り出し用配管55に設けられ回収タンク51から取り出し口54まで絶縁油１を流すためのポンプ56と、取り出し用配管55を開閉するための開閉弁57と、を更に具備しても良い。
【００２９】
また、本発明の絶縁油改良装置は、更に、回収部５の絶縁油１をカラム２に循環させる循環手段６を設けても良い。例えば、図３に示すように、回収タンク51とバッファータンク41とをつなぐ循環用配管61と、当該循環用配管61に設けられ回収タンク51内の絶縁油１をバッファータンク41へ流すためのポンプ62と、循環用配管61を開閉するための開閉弁63と、で構成すれば良い。
【００３０】
また、図４に示すように、取り出し用配管55の開閉弁57（図１参照）を三方弁64とし、当該三方弁64を介して循環用配管65を電気機器400へ接続して、回収タンク51内の絶縁油１を電気機器400へ戻して循環するようにしても良い。
【００３１】
なお、上記説明では、カラム２が一つの場合について説明したが、カラム２は一つである必要はなく、複数のカラム２を直列に配置して処理することも可能である。
【００３２】
次に、本発明の絶縁油改良方法について上述した絶縁油改良装置を用いて説明する。
【００３３】
まず、電気機器400にバッファータンク用供給管44を接続して、電気機器400内の絶縁油１をバッファータンク41内に貯留する。
【００３４】
また、カラム２及びカラム２内の充填材21は、加熱手段３によって80〜200℃、好ましくは180℃に加熱しておく。
【００３５】
次に、供給流量調節弁43を調節し、供給管42を介してバッファータンク41からカラム２内に絶縁油１を供給する。この際、カラム２内の絶縁油の滞留時間は、最適な処理時間となるように供給流量調節弁43および開閉弁53で任意に調節される。
【００３６】
カラム内に供給された絶縁油１は、充填材21を通過する際に、絶縁油１に含まれる不純物・添加物が金属カルシウムによって分解される。また、充填材21として酸化カルシウムを用いている場合には、絶縁油１内の水分が吸湿される。これにより、絶縁油１が改質される。
【００３７】
カラム２内を通過し改良された絶縁油１は、排出管52を介して回収タンク51に回収される。
【００３８】
なお、回収タンク51に回収された絶縁油１は、循環用配管61を介してバッファータンク41に戻し、複数回カラム２内の充填材21を通してろ過しても良い。
【００３９】
実施例
以下に、本発明の絶縁油改良方法を用いて絶縁油を処理した場合とその比較例の結果を示す。
【００４０】
比較例１
トランス油（出光，製品名：出光トランスフォーマーオイルG，初期微量水分7ppm）に対して、500ppmとなるよう水分を添加混合した（以下、含水トランス油という）。次いで、金属カルシウム及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。次に、常温において、含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、溶離液中の水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は10ppmにまで低下した。
【００４１】
比較例２
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。次に、常温において、前記含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、得られた18mLの溶離液中の水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は9ppmにまで低下した。
【００４２】
実施例１
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填し、カラムをリボンヒーターで180℃に加熱した。次いで、前記含水トランス油20mLを前記カラムの上部から流し、得られた19mLの溶離液を常温に冷ました後、水分量をデジタル式オイル内水分計（VAISALA社製，MM70）で計測した。カラム流通により含水率は検出下限値以下にまで低下した。これにより、カラムを加熱することによって、水分除去率が向上することがわかる。
【００４３】
以下の実施例、比較例では、被分解対象物の初期濃度は20ppmとし、分解物比はガスクロマトグラフィ／質量分析法（GC/MS）のクロマト比から求めた。
【００４４】
実施例２
前記含水トランス油中に4-ヒドロキシビフェニルを20ppmとなるよう添加混合した（以下、HB含水トランス油という）。次に、金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4−ヒドロキシビフェニルは認められず、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが90%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが10%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。したがって、4-ヒドロキシビフェニルを還元し、効果的に分解できることがわかる。
【００４５】
実施例３
前記含水トランス油中にジベンゾフランを20ppmとなるよう添加混合した（以下、DBF含水トランス油という）。次に、金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記DBF含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物のジベンゾフランは認められず、エーテル結合が開裂し、さらに脱酸素化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが85%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが15%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。したがって、ジベンゾフランを還元し、効果的に分解できることがわかる。
【００４６】
比較例３
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで160℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが60%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが30%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが10%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、低い温度では4-ヒドロキシビフェニルに対する還元力が低下した。
【００４７】
比較例４
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝１：１０：８９）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ30分掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが10%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが85%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが5%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、処理時間が短いと還元量が低下した。
【００４８】
比較例５
金属ニッケル、金属カルシウム、及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：金属カルシウム：酸化カルシウム＝0.1：10：89.9）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。添加物の4-ヒドロキシビフェニルが20%回収され、脱ヒドロキシ化及び環還元反応が進行したシクロヘキシルベンゼンが77%、さらに2つの芳香環が共に還元したビシクロヘキサンが3%生成した。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。実施例２との比較により、触媒として金属ニッケルの量が減ると4-ヒドロキシビフェニルに対する還元力が低下した。
【００４９】
比較例６
金属ニッケル及び酸化カルシウムからなる充填剤（配合量は質量比で金属ニッケル：酸化カルシウム＝1：99）をガラス製カラム（φ20）に充填高さが10cmとなるように充填した。このカラム外壁にセットしたリボンヒーターで180℃に加熱し、前記HB含水トランス油20mLをおよそ1時間掛けて通過させた。得られた19mLの回収物をカラムクロマトグラフィーによりトランス油とそれ以外に分離し、分離物をGC／MS（SHIMADZU社製，GCMS-QP2010シリーズ）で成分分析を行った。ほぼ原料回収に終わった。また、水分は同様の分析法を用いた結果、検出下限値以下となった。これにより、分解には金属カルシウムが必要であることがわかる。なお、金属カルシウムとニッケルのみの粉体は、ミル壁に酷く吸着し粉体を調製できなかった。したがって、分散体としての酸化カルシウムも必須であることがわかる。
【符号の説明】
【００５０】
１  絶縁油
２  カラム
３  加熱手段
４  供給部
５  回収部
６  循環手段
21  充填材
22  目詰まり防止材
400  電気機器