JPWO2018168684A1 - トランスオイル、トランスオイル評価方法およびトランスオイル評価装置 - Google Patents

トランスオイル、トランスオイル評価方法およびトランスオイル評価装置 Download PDF

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Abstract

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を提供する。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であって、植物オイルとシリコーンオイルとの体積比が３：７〜７：３であり、磁性粒子（例えば、感温性磁性粒子）が分散されていることを特徴とする。

Description

本発明は、トランスオイル、トランスオイル評価方法およびトランスオイル評価装置に関する。
トランスの絶縁用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）。
特開２０１６−２５２２３号公報
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。しかしながら、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い。
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および当該トランスオイルの評価方法、評価装置を提供することにある。
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であって、
前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの体積比が３：７〜７：３であり、
磁性粒子が分散されていることを特徴とする。
上記トランスオイルにおいて、例えば、
前記磁性粒子の体積濃度は、１０〜３０％である。
上記トランスオイルにおいて、例えば、
前記磁性粒子は、表面に界面活性剤が吸着されている。
上記トランスオイルにおいて、例えば、
前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子である。
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評価方法は、
植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、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が収容された収容部の一方側を加熱し、前記一方側に対向する他方側を冷却することで、前記一方側と前記他方側との間で温度差を生じさせて、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、
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、を含むことを特徴とする。
上記トランスオイル評価方法において、例えば、
前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子であり、
前記第１ステップでは、前記トランスオイルに、前記他方側から前記一方側に向けて磁化が減少する磁場勾配を発生させる。
また、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評価装置は、
植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルの評価装置であって、
金属部と、
金属部の外周に設けられたコイル部と、
コイル部の外周に設けられた、前記トランスオイルが収容された第１収容部と、
第１収容部の外周に設けられた、冷却水が収容された第２収容部と、を備え、
前記コイル部に電流が流れると、前記第１収容部の前記コイル部側と前記第２収容部側との間で温度差を生じさせて、前記第１収容部に収容された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。
上記トランスオイル評価装置において、例えば、
前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子である。
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および当該トランスオイルの評価方法、評価装置を提供することができる。
感温性磁性粒子による効果を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るトランスオイル評価装置の中心断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るトランスオイル、トランスオイル評価方法およびトランスオイル評価装置の実施形態について説明する。
［トランスオイル］
本実施形態に係るトランスオイルは、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。
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向上が期待できる。
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。
本実施形態のトランスオイルには、平均粒径が１ｎｍ〜１０μｍの磁性粒子が分散されている。トランスオイルにおける磁性粒子の体積濃度は、１０〜３０％である。磁性粒子は、表面に界面活性剤が吸着されている。このため、磁性粒子同士が反発し、磁性粒子の分散性が向上する。
磁性粒子としては、常温域（例えば、５℃〜３５℃）での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子（例えば、マンガン亜鉛フェライト）が好ましい。図１に示すように、外部磁場Ｈをかけた状態で空間Ａに感温性磁性粒子を含む磁性流体を収容した場合、空間Ａの上側を冷却するとともに下側を加熱すると、磁性流体は空間Ａの上側で磁化が大きくなり下側で磁化が小さくなるので、温度差に応じた磁場勾配が発生する。
すなわち、トランスオイルに感温性磁性粒子を分散させた場合、温度差に応じた磁場勾配が発生することにより、磁気力が作用し、浮力による対流が促進される。その結果、熱伝達特性が更に向上し、トランスの冷却特性の更なる向上が期待できる。
［トランスオイル評価装置］
次に、本実施形態に係るトランスオイル評価装置について説明する。
本実施形態に係るトランスオイル評価装置は、植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルを評価するためのトランスオイル評価装置である。
図２に示すように、本実施形態に係るトランスオイル評価装置１は、円柱状のアクリルケース２と、アクリルケース２の中心に設けられた円柱状の金属部３と、金属部３の外周に設けられたコイル部４と、コイル部４の外周に設けられた円環状の第１収容部５と、第１収容部５の外周に設けられた円環状の第２収容部６と、を備える。
第１収容部５にはトランスオイルが収容され、第２収容部６には冷却水が収容される。トランスオイル評価装置１では、コイル部４に電流を流してコイル部４を加熱することにより、第１収容部５のコイル部４側と第２収容部６（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。トランスオイルに感温性磁性粒子が分散されている場合、温度差に応じた磁場勾配が発生することにより、トランスオイルの対流が促進される。
トランスオイル評価装置１は、第１収容部５の上部のトランスオイルの温度を検出する第１検出部７と、第１収容部５の下部のトランスオイルの温度を検出する第２検出部８と、コンピュータ等で構成された演算部９と、を備えることが好ましい。第１検出部７および第２検出部８の検出結果は、演算部９に送信される。演算部９は、各種演算（例えば、後述するヌセルト数の算出）を行い、トランスオイルの評価を行う。
［トランスオイル評価方法］
次に、本実施形態に係るトランスオイル評価方法について説明する。
本実施形態に係るトランスオイル評価方法は、植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルを評価するためのトランスオイル評価方法であり、下記の第１ステップおよび第２ステップを含む。
第１ステップでは、トランスオイルが収容された収容部の一方側を加熱し、一方側に対向する他方側を冷却することで、一方側と他方側との間で温度差を生じさせて、トランスオイルに対流を生じさせる。
トランスオイル評価装置１を用いる場合、第１収容部５の一方側に位置するコイル部４を加熱し、第１収容部５の他方側に位置する第２収容部６を冷却水により冷却する。これにより、第１収容部５のコイル部４側と第２収容部６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。トランスオイルに感温性磁性粒子が分散されている場合、温度差に応じた磁場勾配が発生することにより、トランスオイルの対流が促進される。
第２ステップでは、演算部９を用いて、トランスオイルのヌセルト数を算出し、ヌセルト数に基づいてトランスオイルを評価する。好ましくは、ヌセルト数とともに磁気レイリー数を算出し、磁気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する。ヌセルト数（Ｎｕ）は、下記（１）式から算出できる。
Figure 2018168684
トランスオイル評価装置１を用いる場合、演算部９は、第１検出部７および第２検出部８から取得した第１収容部５の上部と下部の温度差（代表温度差△Ｔ）を算出して、第１収容部５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。この場合、代表長さＬは、第１収容部５の高さである。
ヌセルト数が大きいほど、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向上が期待できる。一般に、シリコーンオイルの比率が高いほど、ヌセルト数が大きくなる。これに対して、磁気レイリー数に対するヌセルト数の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。当該変化率は、シリコーンオイルの比率が低いほど小さくなる。
以上、本発明に係るトランスオイル、トランスオイル評価方法およびトランスオイル評価装置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。
本発明の磁性粒子としては、強磁性を示すものであれば任意の磁性粒子を用いることができる。マンガン亜鉛フェライト以外の感温性磁性粒子を用いてもよい。また、トランスオイル内で分散されるのであれば、磁性粒子の平均粒径を変更したり、界面活性剤を省略したりすることができる。
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磁性粒子とを混合してなり、鉱物オイルを含まないのであれば、他のオイルや他の磁性流体が含まれていてもよい。
上記実施形態では、磁気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、本発明のトランスオイル評価方法は、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。
１ トランスオイル評価装置
２ アクリルケース
３ 金属部
４ コイル部
５ 第１収容部
６ 第２収容部
７ 第１検出部
８ 第２検出部
９ 演算部

Claims (8)

  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であって、
    前記植物オイルと前記シリコーンオイルとの体積比が３：７〜７：３であり、
    磁性粒子が分散されている
    ことを特徴とするトランスオイル。
  2. 前記磁性粒子の体積濃度は、１０〜３０％である
    ことを特徴とする請求項１に記載のトランスオイル。
  3. 前記磁性粒子は、表面に界面活性剤が吸着されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のトランスオイル。
  4. 前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子である
    ことを特徴とする請求項１に記載のトランスオイル。
  5. 植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、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が収容された収容部の一方側を加熱し、前記一方側に対向する他方側を冷却することで、前記一方側と前記他方側との間で温度差を生じさせて、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、
    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、を含む
    ことを特徴とするトランスオイル評価方法。
  6. 前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子であり、
    前記第１ステップでは、前記トランスオイルに、前記他方側から前記一方側に向けて磁化が減少する磁場勾配を発生させる
    ことを特徴とする請求項５に記載のトランスオイル評価方法。
  7. 植物オイルとシリコーンオイルと磁性粒子とを混合してなり、鉱物オイルを含まないトランスオイルの評価装置であって、
    金属部と、
    金属部の外周に設けられたコイル部と、
    コイル部の外周に設けられた、前記トランスオイルが収容された第１収容部と、
    第１収容部の外周に設けられた、冷却水が収容された第２収容部と、を備え、
    前記コイル部に電流が流れると、前記第１収容部の前記コイル部側と前記第２収容部側との間で温度差を生じさせて、前記第１収容部に収容された前記トランスオイルに対流を生じさせる
    ことを特徴とするトランスオイル評価装置。
  8. 前記磁性粒子は、常温域での温度上昇に伴い磁化が減少する感温性磁性粒子である
    ことを特徴とする請求項７に記載のトランスオイル評価装置。
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