JP2009233657A - Ｐｃｂ汚染電気機器の無害化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染トランスからＰＣＢ油を迅速に分離する。
【解決手段】ＰＣＢ油に汚染された汚染トランス２の処理容器１に、汚染トランス２の誘導加熱設備３と、ガス供給設備４と、誘導加熱によって汚染トランス２から揮散したガスを凝縮させる冷却容器５と、処理容器１内を所定圧力に保ちつつ揮散したガスを冷却容器５に導き、かつ凝縮させたガスからＰＣＢ油を捕捉した後のガスを、冷却容器５から系外に放出させる誘引ファン６を設置する。処理中は、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで処理容器１の内部を満たす。処理容器１の内部圧力を大気圧よりも低い圧力に制御してＰＣＢ油の揮散を促進し、揮散したガスを冷却容器５で凝縮させてＰＣＢ油を捕捉すると共に、系外へのＰＣＢ油含有ガスの漏洩を防止する。
【効果】真空加熱法よりも時間とコストを低減でき、また洗浄法よりも洗浄廃液の発生がない上に人件費を低減して、ＰＣＢ油を迅速に分離できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリ塩化ビフェニル（以下、ＰＣＢという。）を含有する絶縁油（以下、ＰＣＢ油という。）によって汚染された電気機器から、ＰＣＢ油を分離して無害化する装置、及びこの装置を用いた無害化方法に関するものである。

従来、有機塩素化合物であるＰＣＢは、高い絶縁性によって電気絶縁油として電気機器に広く利用されていたが、その反面、ＰＣＢの持つ有害性によって、１９７２年に生産が中止された。

その後、紆余曲折を経て、２００１年になって、ようやく「ＰＣＢ廃棄物の適正な処理の推進に関する特別措置法」の施行など、行政の対応も本格化し、処理が進められるようになってきた。

ＰＣＢ油は高濃度と低濃度の二種類に分類して処理が進められている。このうち、全国で２×１０⁷ kgを超える保有量が見込まれる高濃度ＰＣＢ油を含有する柱上変圧器やコンデンサなどの電気機器（以下、汚染トランスなどという。）は、全国５箇所に設置された日本環境安全事業株式会社において、２００１年から処理が進められている。

一方、電気絶縁油の再生など、何らかの原因でごく微量のＰＣＢが混入した電気絶縁油を使用した「低濃度ＰＣＢ油」は、主に柱上変圧器に使用されており、全国の保有量が合計４×１０⁶台にものぼり、主に保有している事業主体である電力会社などにおいて、自家処理が進められている。

これらＰＣＢ油の処理は、汚染トランスなどからのＰＣＢ油の分離と、分離済みＰＣＢ油の分解による無害化の二段階から成っている。
日本環境安全事業株式会社において実施されている高濃度ＰＣＢ油の処理方法には、分離技術として洗浄法、真空加熱法が、また分解技術として水熱酸化分解法、金属ナトリウム分散体法などがある。

また、主に電力会社などにおいて実施されている低濃度ＰＣＢ油の処理方法は、分離技術は高濃度ＰＣＢ油と同様の洗浄法が主流となっており、分解技術はアルカリ触媒分解法や有機アルカリ金属分解法が採用されている。

また、特許文献１では、誘導加熱による加熱方式を採用した処理方法が提案されている。

上述のＰＣＢ油の処理は、「ＰＣＢ廃棄物の適正な処理の推進に関する特別措置法」に定めた処理期限である２０１６年までに処理することが義務付けられている。しかしながら、高濃度ＰＣＢ油、低濃度ＰＣＢ油ともに、処理装置のトラブルなどによって計画通りに進んでいないのが実情である。

特にＰＣＢを汚染トランスなどから分離する技術に関して、洗浄法は人件費が嵩む上にＰＣＢ油が混入した多量の洗浄液が発生し、分解工程に供する汚染液が増大することが問題になっている。

また、真空加熱法では、バッチ式の間接加熱方式による昇温時間と、冷却工程の所要時間が長く、コストが嵩むことが問題となっている。

このような状況においても、特に汚染トランスを構成する鉄芯や巻き線の内部に浸透したＰＣＢ油の除去が困難であるために、現状ではこれらの洗浄法と真空加熱法に頼らざるを得ないのが実情である。

また、特許文献１に開示された誘導加熱による処理方式は、迅速な昇温が実現できると予想されるが、本技術における螺旋型のばね状に巻いたＳ型コイルでは、加熱対象物の部位によって昇温速度に差が生じて対象物全体を均一に加熱できない。

従って、局所的な急激な加熱を防止するために、全体の平均昇温速度を下げざるを得ないことや、例えば汚染トランスの銅製の巻き線部分などは鉄芯に比べて加熱されにくいなどの問題がある。

以上の背景から、汚染トランスなどからＰＣＢ油を迅速に分離できる方法の確立が望まれている。

特開２０００−３０８８７４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来は、汚染トランスなどからＰＣＢ油を迅速に分離できる方法はなかったという点である。

本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置は、
汚染トランスなどからＰＣＢ油を迅速に分離するために、
前記電気機器を収容する処理容器と、
この処理容器に設置された前記電気機器の誘導加熱設備と、
前記処理容器内へのガス供給設備と、
前記誘導加熱によって前記電気機器から揮散したガスを凝縮させる冷却容器と、
前記処理容器内を所定圧力に保ちつつ前記揮散したガスを前記冷却容器に導き、かつ前記凝縮させたガスから前記絶縁油を捕捉した後のガスを、前記冷却容器から系外に放出させる誘引ファンと、
を備えたことを最も主要な特徴としている。

また、本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化方法は、
前記構成の本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置を使用し、
処理中は、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで処理容器の内部を満たしつつ、処理容器の内部圧力を大気圧よりも低い圧力になるように制御して前記絶縁油の揮散を促進し、
揮散したガスを前記冷却容器で凝縮させて前記絶縁油を捕捉すると共に、前記絶縁油を含有したガスの系外への漏洩を防止することを最も主要な特徴としている。

本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置を用いた本発明方法によれば、処理中は、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで処理容器の内部を満たすので、処理容器の内部で燃焼を伴うことが無い。

また、処理容器の内部圧力を大気圧よりも低い圧力になるように制御するので、外部へのＰＣＢ油を含有したガスの漏洩が防止され、高い安全性のもとで汚染トランスなどからＰＣＢ油を迅速に分離することができる。

本発明では、汚染トランスなどからＰＣＢ油が分離されて汚染トランスなどは無害化されるが、従来の真空加熱法に比して時間とコストともに低減でき、また従来の洗浄法に比して洗浄廃液の発生がない上に人件費などのコストが低減できる。

（ａ）は本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置の第１の例の概略構成を示す図、（ｂ）は（ａ）図の汚染トランスと誘導加熱コイルの相対位置関係を示す平面図である。 本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置の第２の例を示す図１と同様の図である。 汚染トランスの模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置を用いた本発明方法によって汚染トランスを昇温した際の昇温特性と、輻射式の真空加熱法によって加熱した場合の昇温特性を示した図である。 本発明による加熱の手順と汚染トランスの各部の温度の時間変化を示した図である。

本発明では、汚染トランスなどからＰＣＢ油を迅速に分離するという目的を、処理中は、内部圧力を大気圧よりも低い圧力になるように制御した処理容器の内部を、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで満たすことで実現した。

以下、本発明を実施するための最良の形態と共に各種の形態を図１〜図３を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置の一例を示す概略構成図、図３は汚染トランスの模式図である。

図１及び図２において、１はＰＣＢ油によって汚染された例えばトランス（以下、汚染トランスという。）２を収容する処理容器である。この処理容器１には、処理時に、処理容器１内に収納した汚染トランス２を誘導加熱する設備３と、処理容器１内にガスを供給する設備４と、誘導加熱によって汚染トランス２から揮散したガスを凝縮させる冷却容器５と、この冷却容器５からガスを系外に放出させる誘引ファン６が備えられている。

なお、図１及び図２中の、４ａはガス供給設備４と処理容器１の内部を繋ぐ配管、５ａは冷却容器５と処理容器１の内部を繋ぐ配管、６ａは誘引ファン６と冷却容器５の内部を繋ぐ配管、６ｂは誘引ファン６から系外にガスを放出するための配管を示す。

前記誘導加熱設備３は、前記汚染トランス２を内部から加熱するために、処理容器１の内部に設置する誘導加熱コイル３ａを備えている。この誘導加熱コイル３ａの処理容器１内への設置部分は、処理容器１内に設置される汚染トランス２との接触による電気的短絡を防止するために、絶縁材で被覆されている。

そして、絶縁及び耐熱を保つ手段３ｂを介して、高周波電源３ｃからの電源線３ｄと、冷却ライン３ｅからの冷却配管３ｆを、処理容器１の外部から内部に導入し、前記誘導加熱コイル３ａに繋いでいる。

なお、絶縁及び耐熱を保つ手段３ｂとしては、誘導加熱コイル３ａに電流と冷却液を供給するための金属管が導入される処理容器１の側壁部分（以下、側壁の孔部という。）において、金属管と側壁の孔部との間に、例えば碍子などの耐熱性と電気絶縁性を備えた材質の部材（以下、碍子様部材という。）を設置して、例えば銀蝋づけなどの方法で金属管と碍子様部材、碍子様部材と側壁の孔部のそれぞれの接触部分を固定し、処理容器１の内部の雰囲気を外部に対して密封できる構造のものを使用する。

ところで、本発明では、前記誘導加熱コイル３ａは、例えばＰ型コイルかＳ型コイルのどちらか一方を採用する。Ｐ型コイルとは、円盤形状をなし、コイルの一端を円盤の中心に据え、中心から外に向かって同一平面内で渦巻き状に巻いて最外円の部分から他端を取り出す形状のコイルである。また、Ｓ型コイルとは、ばね状に巻いた螺旋型の形状を有するコイルである。

このＰ型コイルを採用した場合の例を図１に、Ｓ型コイルを採用した場合の例を図２に示す。Ｐ型コイルを採用する場合、図１に示したように、円盤形状のＰ型コイルを立てて設置し、円盤の面部分が汚染トランス２の方を向くように設置する。

また、前記冷却容器５は、冷却剤９を満たした槽１０内に挿入されて冷却容器５の内部温度が２４３K〜３２３Kの範囲になるようにし、処理時、処理容器１から配管５ａを経由して導入された揮散ＰＣＢ油を凝縮して回収する。

図１及び図２に示す例では、処理容器１の外表面にヒータ７を設け、処理容器１を外部から加熱して、処理時に処理容器１の内部で揮散したガスが処理容器１の内壁に凝縮することを防止している。

また、処理容器１と冷却容器５の内部を繋ぐ配管５ａの外表面にも保温用ヒータ８を設け、配管５ａを外部から加熱して、前記揮散したＰＣＢ油が配管５ａの内部で凝縮して配管５ａを閉塞しないようにしている。

本発明のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置は上記のような構成であり、次に、この無害装置を使用して、汚染トランス２を構成する鉄芯２ａや巻き線２ｂの内部に浸透したＰＣＢ油の分離を行う本発明方法について説明する。

先ず、汚染トランス２は、図３に示したように、リング状に加工した積層鋼板からなる一つの鉄芯２ａに対し、その円周上において向かい合う二つの部分を取り巻くように取付けた銅製の巻き線２ｂからなる構成である。

このような構成の汚染トランス２で、例えば２０kVAの電気容量を持つものを処理容器１内に設置し、Ｐ型コイルを使用する場合は図１のように、Ｓ型コイルを使用する場合は図２のようにして、誘導加熱コイル３ａを設置する。なお、Ｐ型コイルを使用する場合、誘導加熱コイル３aは、図３に想像線で示した位置に配置する。

以上のように汚染トランス２と誘導加熱コイル３ａを処理容器１の内部に配置した後は、処理容器１の内部にガス供給設備４から例えば窒素ガスを供給し、処理容器１の内部の酸素濃度が５容積％以下になるように保つ。この際、処理容器１に導入する窒素ガスを予熱するために、配管４ａの外表面に予熱用ヒータ１１を設置しても良い。

次に、誘引ファン６を稼動して、処理容器１の内部圧力が例えば−９８０Pa〜−９８Paの範囲となるように保って、汚染トランス２から揮散したＰＣＢ油を冷却容器５に導くようにするのとともに、系外へのＰＣＢ含有ガスの漏洩を防止する。

次に、処理容器１の外表面に設けたヒータ７を稼動し、続いて誘導加熱コイル３ａを、出力が２．４kW、周波数が２０kHzの条件で稼動して、汚染トランス２の温度を７７３Kになるように昇温し、この状態を７２００秒間保持する。この間に、汚染トランス２から揮散したＰＣＢ油が冷却容器５において凝縮されて回収される。

以上の手順によって汚染トランス２からのＰＣＢ油の分離作業が終了すると、高周波電源３ｃ、処理容器１のヒータ７、及び配管５ａの保温用ヒータ８を停止する。処理容器１の外表面温度が３２３Kに低下した段階で、ガス供給設備４及び誘引ファン６を停止する。

以上の実施手順によって得られた、Ｐ型コイル（実線）を使用した場合と、Ｓ型コイル（破線）を使用した場合の汚染トランス内部の昇温特性を、図４に示す。図４中の符号は図３に示した測定点におけるデータであることを示す。比較のため、汚染トランス２を輻射式の真空加熱法によって加熱した場合（想像線）の昇温特性を、図４中に併せて示す。

なお、この真空加熱法による加熱の条件は、容器内部の奥行きが９m、横幅が３．３m、高さが４mで、電気ヒータの出力が１７０kWであり、温度測定は、汚染トランス２の表面で行った結果である。

図４より、従来の輻射式の真空加熱法に比べて、本発明では迅速な昇温速度が得られると共に、特にＰ型コイルを使用する場合は、Ｓ型コイルを使用する場合に比べて、昇温速度のばらつきが少なく、汚染トランス２を均一に昇温できることが分かった。

なお、上述の誘導加熱コイル３ａの設置条件及び運転条件と、昇温時の到達温度、保持時間、処理容器１及び配管４ａのヒータ７，８の設定温度、誘引ファン６の運転による処理容器１の内部圧力は、対象となる汚染トランス２の種類や形状、含浸したＰＣＢ油の量などによって適宜変更するものであって、上記の例に限るものではない。

例えば、以下に説明するような本発明方法でも良い。
例えば２０kVAの電気容量を持つ汚染トランス２を１個、内径が８００mm、高さが８００mmの処理容器１内に設置し、図１のように誘導加熱コイル（外径が３６０mmのＰ型コイル）３ａを設置する。なお、誘導加熱コイル（Ｐ型コイル）３ａは、図３に想像線で示した位置に配置する。

以上のように汚染トランス２と誘導加熱コイル３ａを処理容器１の内部に配置した後は、処理容器１の上蓋をセットし、配管５ａを接続する。ガス供給設備４から処理容器１の内部に例えば窒素ガスを毎分３０リットル供給し、処理容器１の内部を−０．１kPaG程度に保持しながら処理容器１の内部を窒素ガスに置換した。酸素計の測定値が１容積％以下になれば、置換完了とみなし、加熱を開始した。

加熱の手順を、図５を用いて以下に説明する。
高周波電源３ｃを入れ１０kWに設定すると同時に、各ヒータ７，８，１１を同時に入れ、汚染トランス２の鉄芯２ａが５００℃に到達するまで昇温した（図５の例では２．４時間）。この昇温後の巻き線２ｂの温度は８５０℃であった。

昇温の完了後は、汚染トランス２の鉄芯２aは４５０℃以上、巻き線２ｂは８５０℃以下を保持するように、高周波電源３ｃをＯＮ−ＯＦＦ運転した。図５の例では、１９分間の電源ＯＦＦ後、１９分間１０kWで昇温したとき、鉄芯２ａは４５０℃以上、巻き線２ｂは８００℃超えを保持できた。その後、４７分間の電源ＯＦＦ後、３４分間２kWで昇温したとき、鉄芯２ａは４５０℃以上を保持できた。

前記汚染トランス２の鉄芯２ａ、巻き線２ｂの温度測定は、シースＫ熱電対を使用して行った。測定位置は、図３にａ〜ｅで示す５点である。すなわち、鉄芯２ａは、誘導加熱コイル３ａの近傍位置（ａ点）と、誘導加熱コイル３ａより離れた位置（ｂ点）の2点の温度を測定した。また、巻き線２ｂは、誘導加熱コイル３ａの近傍の厚み方向中央位置（１次巻き線と２次巻き線の間：ｃ点）と、誘導加熱コイル３ａの近傍の厚み方向外周位置（２次巻き線：ｄ点）と、誘導加熱コイル３ａより離れた位置の厚み方向外周位置（２次巻き線：ｅ点）の3点で行った。

所定時間（図５の例では１１９分間）、高周波電源３ｃをＯＮ−ＯＦＦ運転した後、高周波電源３ｃを切ると同時に、配管４ａの予熱用ヒータ１１、処理容器１のヒータ７を同時にＯＦＦした。配管５ａの保温用ヒータ８は加熱容器出口ガス温度を保持するように調整した。

汚染トランス２の温度が１００℃以下に下がった後、処理容器１の上蓋を外し、汚染トランス２を取り出した。以上の作業により、汚染トランス２から揮散したＰＣＢ油が冷却容器５において凝縮されて回収される。

図５に汚染トランスの各部の温度の時間変化を併せて示した。
図５より、昇温過程においては、鉄芯２ａの測定箇所ｂの昇温速度が最も遅かったが、処理温度５００℃に到達する時間は約２．４時間であり、約１０時間程度要すると言われている真空加熱分離法における昇温時間に比べて極めて速かった。

下記表1に、加熱前後の汚染トランス２への付着ＰＣＢ濃度を示す。下記表１より、５００℃×2時間（昇温２．４時間）の加熱処理によって、何れの部位もＰＣＢ濃度を基準値以下に低減できることが分かった。

本発明は、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば処理容器１に付帯する設備３〜６の取付け位置は、図１や図２に示した位置に限定されるものではない。

１ 処理容器
２ 汚染トランス
３ 誘導加熱設備
３ａ 誘導加熱コイル
３ｂ 絶縁及び耐熱を保つ手段
３ｃ 高周波電源
３ｄ 電源線
３ｆ 冷却配管
４ ガス供給設備
５ 冷却容器
６ 誘引ファン
７ ヒータ
８ ヒータ

Claims (7)

1. ポリ塩化ビフェニルを含有する絶縁油によって汚染された電気機器から前記絶縁油を分離する装置であって、
   前記電気機器を収容する処理容器と、
   この処理容器に設置された前記電気機器の誘導加熱設備と、
   前記処理容器内へのガス供給設備と、
   前記誘導加熱によって前記電気機器から揮散したガスを凝縮させる冷却容器と、
   前記処理容器内を所定圧力に保ちつつ前記揮散したガスを前記冷却容器に導き、かつ前記凝縮させたガスから前記絶縁油を捕捉した後のガスを、前記冷却容器から系外に放出させる誘引ファンと、
   を備えたことを特徴とするＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置。
2. 前記誘導加熱設備は、
   前記電気機器を内部から加熱するために、前記処理容器の内部に配置される誘導加熱コイルと、
   絶縁及び耐熱を保って、前記処理容器の外部から、電源線を介して前記誘導加熱コイルに電源を供給する高周波電源、及び内部に導入される冷却配管と、
   を具備し、
   前記誘導加熱コイルの処理容器内への設置部分は、処理容器内に設置される前記電気機器との接触による電気的短絡を防止するための絶縁材で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置。
3. 前記誘導加熱コイルは、
   円盤形状をなし、コイルの一端を円盤の中心に据え、中心から外に向かって同一平面内で渦巻き状に巻いて最外円の部分から他端を取り出す形状であることを特徴とする請求項２に記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置。
4. 前記処理容器の外表面にヒータを具備し、
   処理時に処理容器内部で揮散したガスの、処理容器内壁への凝縮を防止可能に構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置を使用し、
   処理中は、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで処理容器の内部を満たしつつ、処理容器の内部圧力を大気圧よりも低い圧力になるように制御して前記絶縁油の揮散を促進し、
   揮散したガスを前記冷却容器で凝縮させて前記絶縁油を捕捉すると共に、前記絶縁油を含有したガスの系外への漏洩を防止することを特徴とするＰＣＢ汚染電気機器の無害化方法。
6. 前記請求項１〜４の何れかに記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化装置を使用し、
   処理中は、酸素濃度を５容積％以下に調整した不活性ガスで処理容器の内部を満たしつつ、処理容器内のＰＣＢ汚染電気機器を４５０〜８５０℃の温度範囲で２時間以上保持することを特徴とするＰＣＢ汚染電気機器の無害化方法。
7. 前記処理容器内のＰＣＢ汚染電気機器の前記温度範囲の保持を、高周波電源の高周波出力を調整することにより行うことを特徴とする請求項６に記載のＰＣＢ汚染電気機器の無害化方法。

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