JP5377527B2

JP5377527B2 - 吸湿呼吸器

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Publication number: JP5377527B2
Application number: JP2011006394A
Authority: JP
Inventors: 徳之神谷; 武俊河野; 恵一小松; 充昭舛井; 直久古谷
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: JP2012151144A

Description

本発明は、変圧器などの油入電気機器（以下、油入機器という。）に用いられる吸湿呼吸器の改良に関する。

吸湿呼吸器は、変圧器などの油入機器内の絶縁油の劣化を防止するために設置されるコンサベータに附属する機器である。図６は、一般的な変圧器の装置構成の概略図である。この図において、変圧器４１を収容するタンク４０の上部から連通管４３を通してコンサベータ４４に連結され、さらにその上部に延設された空気流出入管４６の途中に吸湿呼吸器５０が設けられている。変圧器４１を収容したタンク４０内は絶縁油４２で満たされ、さらにコンサベータ４４内に流入した状態となっている。変圧器４１は、一般的に昼間の負荷増大に伴う発熱により高温となり、夜間には非常に小さくなることから冷却されることになる。変圧器４の設置場所における環境変化やその運転時の発熱に伴う温度上昇や温度低下によって、タンク４０内の絶縁油４２が膨張収縮し、コンサベータ４４内の油面が上下に変化する。その油面の変化に伴い、コンサベータ４４内の空気が吸湿呼吸器５０を通して外気に放出され、あるいは反対に外部からコンサベータ４４内に流入する呼吸作用の現象が発生する。

図７は、従来の吸湿呼吸器の一構成例を示している。この図に示す吸湿呼吸器５０は、斜めに設けられ複数の通気孔を備える仕切り部１３により上側の吸湿剤収容室１１と、下側の空気流案内室１２との上下に二分された略円筒状の容器５１で主に構成されている。仕切り部１３の複数の通気孔のサイズはそれぞれ、後述する粒状の吸湿剤がこの通気孔を通過しないように当該粒状の吸湿剤のそれよりも小さく設定されている。容器５１の上面には、空気流出入管接続用のフランジ５１１及び吸湿剤投入口５３が設けられ、吸湿剤収容室１１の下側の側壁の一部からは吸湿剤取り出し口５５が斜めに突出して設けられている。吸湿剤投入口５３及び吸湿剤取り出し口５５は、それぞれ蓋５４及び蓋５６によって閉塞可能とされている。容器５１における吸湿剤収容室１１の周囲には透明な窓５２が設けられ、内部を覗くことができるようになっている。空気流案内室１２は、仕切り部１３の直下に油溜め１９と、当該油溜め１９内に一端が浸かり、空気流を案内する直線状流路部分と当該油溜め１９内の絶縁油２０をくぐり抜けた空気流を外部に案内する略逆U字形の案内流路部分とから構成されている。

吸湿剤収容室１１に収容される吸湿剤１４としては、従来からシリカゲルが多用されている。シリカゲルは、優れた吸湿性を備える粒状物であり、その吸湿量の増加とともに吸湿性能が低下していき、それに伴い次第に青色から薄桃色に変化するように形成されている。そして、これをそのまま放置すると、最悪の場合、吸湿不十分な湿気を含む空気がコンサベータ内の絶縁油やゴム製の隔膜と接し、これらの絶縁油や隔膜の劣化が進行する。そのため、このシリカゲルの色を見ながら、定期的にこれを交換することが必要になる。交換は、通常、約半年程度で行われ、吸湿剤収容室１１内の薄桃色に変色したシリカゲル１４をすべて吸湿剤取り出し口５５から取り出し、代わりに吸湿剤投入口５３から新たに新品のまたは再生したシリカゲルを投入、収容室内に充填することにより行われる。取り出されたシリカゲルは、乾燥器や電熱器などを用いて乾燥再生し、再利用するために保管されるのが通常である。

特開２００８−１１８０３９号公報

しかし、前記のシリカゲルの交換には手間や人件費がかかり、交換作業時には湿気を含む空気（外気）がコンサベータ内に流入しない措置を講じることが必要になる。また、吸湿呼吸器から取り出したシリカゲルを乾燥して再生するにも手間がかかり、これに熱エネルギーを加えるために電力が必要とされることから、経済的でないという問題がある。さらに、取り出したシリカゲルを廃棄するにしても、産業廃棄物として取り扱うことが必要であり、廃棄費用も高額となるという問題がある。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、吸湿剤の交換を不要にするか、あるいはその交換までの期間を従来よりも著しく伸ばすことにより、吸湿剤交換に要する手間や人件費その他の費用を削減できる吸湿呼吸器及び吸湿呼吸装置を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、以下の（１）〜（２）に示す吸湿呼吸器によって達成される。
（１）コンサベータに付属する吸湿呼吸器であって、内部に吸湿剤収容室を有するとともに、前記コンサベータ及び外気にそれぞれ通じる２つの空気流出入管、並びに前記吸湿剤収容室の排気のための排気管を備える内部容器と、前記各空気流出入管及び前記排気管を外部に引き出す貫通孔をそれぞれ有し、前記内部容器との間に空気層を介在させて当該内部容器の一部または全部を覆う透明な外部容器と、前記各貫通孔を通して引き出される前記各空気流出入管及び排気管の途中にそれぞれ取り付けられる弁とを備えており、前記コンサベータに通じる空気流出入管及び前記排気管に設けられた前記各弁は当該コンサベータ内の圧力の監視結果に基づいて互いに反対の開閉動作をするようにされたことを特徴とする吸湿呼吸器。
（２）前記外部容器は、少なくともその一部に前記内部容器に向けて集光作用をもたらす形状を備えてなる前記（１）に記載の吸湿呼吸器。

本発明の吸湿呼吸器は、透明な外部容器と、その内部に空気層を介して入れ子状に収容される内部容器との二重の容器により構成したので、晴天の日の昼間に太陽光エネルギーによって前記空気層、ひいては内部容器自体を常温よりも相対的に高い温度に維持して吸湿剤を乾燥再生を促進でき、乾燥に要するコストが不要であり、吸湿剤の交換作業をなくしその手間を省くことができる。また、シリカゲルを交換することがないので、産業廃棄物としての廃棄処理やその費用が不要となる。

本発明の吸湿呼吸器の実施形態の一例を示す図である。本発明の吸湿呼吸器の実施形態の一例を示す図である。本発明の吸湿呼吸器を２台接続した吸湿呼吸装置の一例を示す図である。本発明の吸湿呼吸器を２台接続した吸湿呼吸装置の別の例を示す図である。図３に示す吸湿呼吸装置の湿度コントロールについて説明する図である。一般的な油入電気機器として、変圧器の構成例を示す図である。従来の吸湿呼吸器の一例の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の吸湿呼吸器の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。

［吸湿呼吸器］
図１は、本発明の吸湿呼吸器の実施形態の一例を模式的に示したものである。この図に示すように、本実施形態の吸湿呼吸器１は、内部容器１０と外部容器２４とからなる。なお、図８に示したように、吸湿剤収容室には吸湿剤の投入口および取り出し口が設けられるが、これらの開口は本発明には直接関係しないので、以下の各図では、内部容器の吸湿剤収容室には吸湿剤の投入口や取り出し口の図示を省略している。また、各図で同一または共通の各部については同一の符号を用い、以下では重複する説明を省略する。

内部容器１０は、図示していないが、通常は略円柱状の外形を有する容器であり、その中間に表裏に貫通する複数の通気孔を備えた板状の仕切り部１３が設けられ、この仕切り部１３により当該容器を上側の吸湿剤収容室１１と下側の空気流案内室１２とに区画している。仕切り部１３の複数の通気孔のそれぞれは、その内径が吸湿剤収容室内に収容されるシリカゲルの粒径（最小粒径）よりも小さく設定されていれば、その配置や単位面積当たりの個数については特に制限されず、適宜設定できる。

吸湿剤収容室１１には、その全容積にシリカゲル１４が充填、収容されている。収容されるシリカゲルの種類や要求される吸湿性能については特に制限されず、種々の吸湿特性を備える種類の中から適宜選択できるが、高い吸湿性を備えるＢ型シリカゲルを用いるのが好ましい。このシリカゲル１４を吸湿剤収容室１１に投入する投入口や当該収容室から取り出す取り出し口などは、従来公知の形態のものを適宜設けることができる。（以下の各図では、吸湿剤投入口及び吸湿剤取り出し口の図示を省略していることは前記のとおりである。）

空気流案内室１２としては、従来公知の形態、構造のものを採用できる。図１においては、この空気流出入管１２は、仕切り部１３の直下に油溜め１９と、当該油溜め１９内に一端が浸かり、空気流を案内する直線状流路部分と当該油溜め１９内の絶縁油２０をくぐり抜けた空気流を外部に案内する略逆U字形の案内流路部分とから構成された図８に示したものと同様の構造のものを示している。

図１に示す内部容器１０には、吸湿剤収容室１１に連通する２つの配管１５、１６が外部に引き出されている。ここで、配管１５は、一方の空気流出入管であり、油入機器のコンサベータ（不図示）に接続されるものとする。また、配管１６は排気管である。これらの配管の内径は適宜設定できる。また、空気流案内室１２からは、空気流出入管２１が空気流出入管１５とは反対向きに外部に引き出されている。

外部容器２４は、内部容器１０との間に空気層を介在させて当該内部容器１０の一部または全部を覆う透明な容器である。ここで、内部容器１０の一部とは、吸湿剤収容室１１の周側面、または吸湿呼吸器の上半部分を指しており、内部容器１０の全部とは、文字通り、内部容器１０の全面を指すものとする。外部容器２４の材質としては特に制限されず、例えば透明なガラスや、アクリル樹脂などの硬質樹脂などが挙げられる。また、この外部容器２４の器壁はその厚さを略均一に設定する必要はなく、吸湿剤収容室１１の外周部分のみ厚さを大小いずれかに変更し、または厚さ方向にその厚さを連続的に変化させ例えば凸状に形成し、内部容器１０に向けて太陽光を集光するようにしてもよい。

図１に示す実施形態では、内部容器１０の２つの空気流出入管１５，２１及び排気管１６はそれぞれ、外部容器２４のこれらに対応する位置に穿設された貫通孔２５〜２７を通じて外部に延びている。また、それぞれの配管１５、２１，１６には弁１７、１８、２２が取り付けられている。排気管１６の弁１８の外側に、さらに配管を接続する場合には、雨水などが浸入しないように図に向かって当該配管を下側に折曲するなどの手段を講じることができる。これら各弁１７、１８、２２は手動弁または電動弁のいずれであってもよい。

このような構成の本実施形態においては、日中の変圧器の負荷が増大する時間帯に弁１７、１８、２２をそれぞれ開放しておくことで、絶縁油の膨張によりコンサベータ（不図示）内の乾燥空気は弁１７、空気流出入管１５、吸湿剤収容室１１、空気流案内室１２、空気流出入管２１及び弁２２を順次通過し、外部に放出される。晴天の場合には、コンサベータ内の空気が放出されほとんど空気の流れがない状態にて、本実施形態の吸湿呼吸器１が太陽光の照射を受けることで、内部容器１０の温度、さらに吸湿剤収容室１１内の温度が上昇し、内部に充填されたシリカゲル１４がそれまでの吸湿分を放湿する。この放湿された湿気は、弁１７を閉じておくことで、吸湿剤収容室１１の上側にこれに連通して設けられている排気管１６を通じて外部に放出される。この場合、コンサベータ内部の圧力が予め設定した設定値を超えた場合に、弁１７を開放すると同時に、弁１８を閉じるようにするのが好ましい。また、変圧器の負荷が低下し、絶縁油が収縮する夜間には弁１８を閉じておくことにより、外気は弁２２、空気流出入管２１、空気流案内室１２、吸湿剤収容室１１、空気流出入管１５及び弁１７を通して吸湿され、コンサベータ内に流入することになる。このようにシリカゲルによる吸湿とシリカゲルの乾燥再生とが繰り返し行われることで、シリカゲルの交換は不要となるか、またはこのサイクルによりシリカゲルの吸湿性能が低下するにしてもその交換周期を著しく延長することができる。

図２は、本発明の吸湿呼吸器の実施形態の別の例を示している。この図に示す実施形態が、図１に示した実施形態と相違するのは、内部容器１０が排気管を独立に備えておらず、空気流出入管１５の先端で二股に分岐され、それぞれの分岐管１５、１５の途中に弁１７、１８が取り付けられている点である。その他の構成については図１に示した実施形態と本質的に変わりはない。

本実施形態においても、晴天の日の日中に、変圧器の負荷が上昇し始める際には、空気流出入管１５、２１の弁１７、２２のみを開き、内部の乾燥空気を外部に放出し空気の流れがほとんどない状態となったところで、弁１７を閉じ、弁１８を開くようにする。そうすることで、太陽光の照射により内部容器１０における吸湿剤収容室１１の温度が上昇し、シリカゲルが放湿した湿気が弁１８を通して外部に排気される。本実施形態においても、弁１７、１８はコンサベータ内の圧力の推移を監視しながら、開閉操作を行うことができる。

［吸湿呼吸装置］
本発明の吸湿呼吸器は、これを少なくとも２台用意し、これらが備える各空気流出入管の向きを揃えて配置し、吸湿剤収容室の上部から引き出された空気流出入管の弁同士を少なくとも接続配管で接続した吸湿呼吸装置として構成できる。

図３は、本発明の吸湿呼吸器を２台接続した吸湿呼吸装置の一例を示している。なお、図３では、内部容器１１０（２１０）及び外部容器１２４（２２４）を簡略化するとともに、配管及び弁のそれぞれを単線及び記号にてそれぞれ図示してある。また、２台の吸湿呼吸器についてそれぞれ図１にて用いた符号を用いることとすると、説明が冗長になるので、図１及び図２で用いた各符号の上位に、図に向かって左側の吸湿呼吸器については数字の１、右側の吸湿呼吸器については数字の２を付記し、３桁で表示している。

図３に示す吸湿呼吸装置２では、図１に示した実施形態と同様の構成の吸湿呼吸器２台（１０１、２０１）を用い、各々の吸湿剤収容室の上部から外部に引き出される空気流出入管１１５、２１５にそれぞれ取り付けられた２つの弁１１７、２１７を接続配管１５ａで接続している。この接続配管１５ａの途中には、コンサベータから引き出された空気配管４６がＴ字型に接続され、弁１１７，２１７；１２２、２２２の開閉操作によりこれら２台の吸湿呼吸器１０１、２０１のうちの一方または双方を介してコンサベータと外気との間で空気の流出入が可能となっている。なお、排気管１１６、２１６の先端は、それぞれ下側に折曲されており、雨水などの浸入を防止している。

図３に示す吸湿呼吸装置２では、例えば一方の吸湿呼吸器１０１にてコンサベータに流入する空気の吸湿を行わせ、残りの吸湿呼吸器２０１にてシリカゲルの乾燥再生を行わせることができる。この場合、吸湿呼吸器１０１における２つの空気流出入管１１５、１２１に設けられている弁１１７、１２２を開放するとともに、排気管１１６の弁１１８を閉じる一方、吸湿呼吸器２０１における２つの空気流出入管２１５、２２１に設けられている弁２１７を閉じるとともに、排気管２１６の弁２１８，２２２を開放する。

このような弁の開閉操作により、変圧器の負荷が増大すると、空気配管４６及び空気流出入管１１５を通してコンサベータ内の空気は吸湿呼吸器１０１を通過し、吸気流出入口１２１から外気に流出する一方、負荷が低下すると、反対に外気から吸湿呼吸器１０１内で吸湿された空気がコンサベータ内に流入することになる。また、このような吸湿呼吸器１０１の機能とは無関係に、吸湿呼吸器２０１においては、太陽光の照射を受けて、外部容器２２４と内部容器２１０との間の空気層、さらには内部容器２１０が加熱され、それによって内部容器２１０内のシリカゲルが放湿し、排気管２１６を通して外気中に排気され、空気流出入管２２１を介して新たな空気が流入する。このように、図３に示す吸湿呼吸装置２においては、各弁の開閉操作により、当該装置を構成する２つの吸湿呼吸器に選択的に空気の流出入を行わせるだけでなく、それと同時にそれぞれの内部に充填されているシリカゲルの乾燥再生を行わせることができる。

図３に示す吸湿呼吸装置２の変形例として、２つの吸湿呼吸器１０１、２０１の空気流案内室（不図示）から図面の下方に向けてそれぞれ設けられた空気流出入管１２１，２２１における弁（１２２、２２２）同士を配管で接続し、当該配管の途中から2台の吸湿呼吸器１０１、２０１に共通の空気流出入管（不図示）を設けることもできる。この場合の弁の開閉操作は前記の同様に行うことができる。

図４は、本発明の吸湿呼吸器を２台接続した吸湿呼吸装置の別の例を示しており、図２に示した本発明の吸湿呼吸器の実施形態の２台を並列接続した構成を備えたものである。この場合、２台の吸湿呼吸器１０１、２０１は、これらの向きを揃えた上で図に向かって上側の空気流出入管１２５，２１５における弁１１７、２１７の間、及び下側の空気流出入管１２１，２２１における弁１２２、２２２の間をそれぞれ配管で接続し、並列接続されている。その他の構成については図３に示した吸湿呼吸装置２と実質的に変わるところはないので、説明を省略する。

図５は、図３に示した吸湿呼吸装置２において、湿度制御により弁の開閉操作を行わせる構成を説明するための図である。この図において、符号３１，３３、３５は湿度センサー、３２、３４、３６はこれら湿度センサーの出力信号線、３７は湿度調節器、３８〜４１は湿度調整器からの制御出力線をそれぞれ示している。その他の符号は、図３に示したものと同一としている。また、この図に示す各弁（１１７、１１８、１２２；２１７，２１８、２２２）はそれぞれ電動弁を使用するものとする。

この図５の例においては、空気配管４６を流れる空気の湿度を吸湿呼吸器１０１制御用の湿度センサー３１および吸湿呼吸器２０１制御用の湿度センサー３３で計測するとともに、外気湿度を湿度センサー３５で計測する構成とされている。これらの湿度センサー３１，３３，３５の出力は、それぞれ制御出力線３２、３４、３６を通じて湿度調節器３７に送られる。

湿度調節器３７は、予め操作者がこれに設定入力を行えるものを使用している。このような設定入力の項目としては、例えば、（１）制御信号出力のための湿度差条件（外気湿度−空気配管４６内を流れる空気の湿度）、（２）当該湿度差条件を満たす場合に開閉する弁の指定、（３）使用開始時の系列（どちらの吸湿呼吸器の系列から使用するか、２つの系列を交互に使用するか、など）、（４）系列の切換期間、などが挙げられる。湿度調節器３７は、さらに湿度差条件を段階的に設定できるなどその他の各種機能を備えているものであってもよい。

図５に示すように湿度制御を組み合わせた吸湿呼吸装置において、例えば使用開始から吸湿呼吸器１０１から使用を開始する場合、その２つの空気流出入管１１５、１２１における弁１１７、１２２を開放するとともに、排気管１１６の弁１１８を閉じておく。他方、吸湿呼吸器２０１については、３つの弁２１７、２１８，２２２をそれぞれ閉じた状態に維持してもよく、これら３つの弁のうち、空気流出入管２２１の弁２２２および排気管２１６の弁２１８をそれぞれ開放し、シリカゲルの乾燥再生を行えるようにしてもよい。また、２つの系列の吸湿呼吸器を所定の時間間隔で吸湿、乾燥再生を切り換えて運転するようにしてもよい。

吸湿呼吸器１０１を長期間使用すると、湿度調節器３７は、２つの湿度センサー３１、３５で計測される外気湿度と空気配管４６内の空気の湿度との差が予め設定した湿度差条件を満たしたと判定するようになる。その場合、湿度調節器３７は、吸湿呼吸器２０１側の弁２１７、２２２を開放するとともに、排気管２１６の弁２１８を閉じ、当該吸湿呼吸器２０１側にて外気からコンサベータ内に流入する空気の吸湿を行わせる。それとともに、吸湿呼吸器１０１側のそれまで開放していた弁１１７を閉じ、排気管１１６の弁１１８を開放するように制御する。このように制御することで、吸湿呼吸器１０１の系列と吸湿呼吸器２０１の系列との切換が可能となる。

以上説明したように、本発明の吸湿呼吸器は、これを二重構造とし、シリカゲルなどの吸湿剤が収容された内部容器（吸湿剤収容室）を太陽光エネルギーによって加熱して外シリカゲルの乾燥再生を行うことができるものである。そして、変圧器の負荷の推移に応じて弁を開閉操作することで、1台でシリカゲルによる吸湿とともにシリカゲルの乾燥再生が可能となる。これにより、シリカゲルの交換を不要にでき、あるいは仮にシリカゲルが吸湿、乾燥再生を繰り返すことでその吸湿性能が低下するとしても、その交換までの期間を従来よりも伸ばすことができ、シリカゲル交換に要する手間や人件費その他の費用の削減が可能となる。

また、本発明の吸湿呼吸器は、前記したように、これを少なくとも２台組み合わせて吸湿呼吸装置として構成することもできる。この場合、本発明の吸湿呼吸器を用いる場合よりもシリカゲルによる吸湿、シリカゲルの乾燥再生を確実に行うことができ、さらに少なくとも２台を交互に使用することで、さらにシリカゲル交換を不要にし、その交換の手間や費用の著しい削減が可能となる。さらに、吸湿呼吸装置に湿度制御を組み合わせることで、さらに作業者による巡視点検などを不要にし、省力化にも大きく貢献することが期待できるようになる。

なお、本明細書では、前記のとおり、本発明の吸湿呼吸装置にのみ湿度制御を組み合わせる点を説明したが、前記で説明した湿度センサー、湿度調節器などの制御機器を前記と同様にして本発明の吸湿呼吸器にも適用することができる。この場合、変圧器の負荷が上昇する昼間にコンサベータ内から放出される乾燥空気とともに、シリカゲルの放湿分が外気に放出されることになる。

１吸湿呼吸器
１０内部容器
１１吸湿剤収容室
１２空気流案内室
１３仕切り部
１４吸湿剤（シリカゲル）
１５空気流出入管
１５ａ接続配管
１６排気管
１７、１８、２２弁
１９油溜め
２０絶縁油
２１空気流出入管
２４透明外部容器
２５〜２７開口
３１、３３，３５湿度センサー
３２，３４，３６出力信号線
３７湿度調節器
３８，３９，４０，４１制御出力線
４６コンサベータ空気配管

Claims

コンサベータに付属する吸湿呼吸器であって、
内部に吸湿剤収容室を有するとともに、前記コンサベータ及び外気にそれぞれ通じる２つの空気流出入管、並びに前記吸湿剤収容室の排気のための排気管を備える内部容器と、
前記各空気流出入管及び前記排気管を外部に引き出す貫通孔をそれぞれ有し、前記内部容器との間に空気層を介在させて当該内部容器の一部または全部を覆う透明な外部容器と、
前記各貫通孔を通して引き出される前記各空気流出入管及び排気管の途中にそれぞれ取り付けられる弁とを備えており、
前記コンサベータに通じる空気流出入管及び前記排気管に設けられた前記各弁は当該コンサベータ内の圧力の監視結果に基づいて互いに反対の開閉動作をするようにされたことを特徴とする吸湿呼吸器。
前記外部容器は、少なくともその一部に前記内部容器に向けて集光作用をもたらす形状を備えてなる請求項１に記載の吸湿呼吸器。