JP2008180524A - Oil-in-gas analyzer for oil-filled equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】膜透過方式の油中ガス分析装置は、バブリング方式等の他の方式と比較して、ガス採取に時間を要してしまう問題がある。
【解決手段】ガス透過膜と溝付フランジとで形成されるガス溜め室を、所定容積の細長い形状にする。ガス採取時には、ガス透過膜を介してガス溜め室側へガスを拡散させる。ガス測定時には、ガス溜め室の端よりキャリアガスを供給し、ガス溜め室をキャリアガスにて置換し、他方の端より所定量のサンプルガスを送り出してガス測定器に供給する。ガス溜め室でサンプルガスを検量することで検量管を省略できる。また、細長い溝状にすることで、ガス透過膜に掛かるせん断応力を低減でき、ガス透過膜の厚さを薄くできる。これにより、ガス採取に要する時間を短縮できる。
【選択図】図1A membrane permeation type gas analyzer in oil has a problem that it takes time to collect gas as compared with other methods such as a bubbling method.
A gas reservoir chamber formed by a gas permeable membrane and a grooved flange has an elongated shape with a predetermined volume. At the time of gas collection, the gas is diffused to the gas reservoir chamber side through the gas permeable membrane. At the time of gas measurement, the carrier gas is supplied from the end of the gas reservoir chamber, the gas reservoir chamber is replaced with the carrier gas, and a predetermined amount of sample gas is sent out from the other end and supplied to the gas measuring device. The calibration tube can be omitted by calibrating the sample gas in the gas reservoir. In addition, by forming the shape of an elongated groove, the shear stress applied to the gas permeable membrane can be reduced, and the thickness of the gas permeable membrane can be reduced. Thereby, the time required for gas collection can be shortened.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、油入り変圧器のように油が入っている機器の油中に溶解しているガスを分析する油中ガス分析装置に係り、特にガス透過膜を使用して油中の溶存ガスを抽出してガス分析を行う油入り機器の油中ガス分析装置に関する。 The present invention relates to an in-oil gas analyzer for analyzing a gas dissolved in oil of a device containing oil such as an oil-filled transformer, and in particular, a dissolved gas in oil using a gas permeable membrane. The present invention relates to an in-oil gas analyzer for oil-filled equipment that performs gas analysis by extracting gas.
油入り変圧器内での放電や過熱または経年により、絶縁油が劣化すると、絶縁油の分解により、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等のガス(以下、分解生成ガスと称する)が発生する。分解生成ガスの発生量や分解生成ガスの発生パターンは、変圧器内部の異常の種類により異なる。したがって、絶縁油中の分解生成ガス濃度を測定して(以下、油中ガス分析と称する)、分解生成ガスの発生量や発生パターンを調査し、過去の事例と参照することにより、異常の種類や程度を判定することが可能である。 If the insulating oil deteriorates due to electric discharge, overheating, or aging in the oil-filled transformer, the insulating oil is decomposed to generate gases such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, and acetylene (hereinafter referred to as decomposition products). (Referred to as gas). The generation amount of decomposition product gas and the generation pattern of decomposition product gas differ depending on the type of abnormality in the transformer. Therefore, by measuring the decomposition gas concentration in the insulating oil (hereinafter referred to as oil gas analysis), investigating the generation amount and generation pattern of the decomposition gas, and referring to past cases, It is possible to determine the degree.
油中ガス分析では、変圧器より絶縁油を採取し、採取した絶縁油より分解生成ガスを採取してガス分析に供する。分解生成ガスの採取方法としては、採取した絶縁油中で気体を発泡させ、気体へ分解生成ガスを平衡抽出するバブリング方式や、絶縁油は透過しないが分解生成ガスを透過する性質を有するガス透過膜を介して、ガスが透過する側の容器(以下、ガス溜め室と称する)に分解生成ガスを採取する膜透過方式がある。 In oil-in-gas analysis, insulating oil is collected from a transformer, and decomposition product gas is collected from the collected insulating oil and used for gas analysis. As a method of collecting the cracked product gas, a bubbling method in which gas is foamed in the collected insulating oil and the cracked product gas is extracted to the gas in an equilibrium manner, or a gas permeation that does not permeate the insulating oil but permeates the cracked product gas. There is a membrane permeation system in which decomposition product gas is collected in a container through which a gas permeates (hereinafter referred to as a gas reservoir chamber).
このうち、膜透過方式に関しては、ガス透過膜に接するようにガス溜め室を設け、このガス溜め室に空気供給口と空気排出口を設けて、空気の供給によってガス溜め室に貯留されているガスを外部に送り出して、ガス分析装置で分析を行うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Among these, with respect to the membrane permeation method, a gas reservoir chamber is provided so as to be in contact with the gas permeable membrane, and an air supply port and an air discharge port are provided in the gas reservoir chamber, and are stored in the gas reservoir chamber by supplying air. There is known one in which a gas is sent to the outside and analyzed by a gas analyzer (for example, see Patent Document 1).
膜透過方式によるガス分析では、ガス溜め室内の分解生成ガスの濃度が平衡に達した時点で、サンプルガスをガス分析に供することになる。膜透過方式は、分解生成ガスがガス溜め室内へ拡散してくるのを待つだけであるので、サンプルガス採取の操作は容易であるが、一方でバブリング方式等の他の方式と比較して、ガス採取に時間を要するという問題がある。特許文献1は、絶縁油を油入り機器から抜き取ることなく絶縁油中のガス成分を検出することを目的としており、ガス採取に要する時間を短縮することまでは考慮していない。
In the gas analysis by the membrane permeation method, the sample gas is used for gas analysis when the concentration of the decomposition product gas in the gas reservoir chamber reaches equilibrium. Since the membrane permeation method only waits for the decomposition product gas to diffuse into the gas reservoir chamber, the sample gas sampling operation is easy, but compared with other methods such as the bubbling method, There is a problem that it takes time to collect gas.
本発明の目的は、膜透過方式の油中ガス分析装置において、ガス採取に要する時間を短縮できるようにすることにある。 An object of the present invention is to reduce the time required for gas collection in a membrane permeation type in-oil gas analyzer.
本発明は、油入り機器の油抜き取り口にガス透過膜を設け、前記ガス透過膜に接してガス溜め室を設けて前記ガス透過膜を透過したガスが貯蔵されるようにし、前記ガス溜め室にキャリアガス供給口とキャリアガス排出口を設けて、キャリアガスの供給によって前記ガス溜め室から分析用のガスを排出するようにし、前記ガス溜め室から排出された分析用ガスをガス測定器に供給して分析を行う油入り機器の油中ガス分析装置において、前記ガス溜め室の形状を溝状にしたものである。 The present invention provides a gas permeable membrane at an oil drain port of an oil-filled device, and a gas reservoir chamber is provided in contact with the gas permeable membrane so that gas that has permeated the gas permeable membrane is stored. Are provided with a carrier gas supply port and a carrier gas discharge port so that the analysis gas is discharged from the gas reservoir chamber by supplying the carrier gas, and the analysis gas discharged from the gas reservoir chamber is supplied to the gas measuring device. In the oil-in-gas analyzer for an oil-filled device to be supplied and analyzed, the shape of the gas reservoir chamber is a groove shape.
本発明では、キャリアガス供給口とキャリアガス排出口の間を結ぶ溝状の通路をガス溜め室とすることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a groove-like passage connecting the carrier gas supply port and the carrier gas discharge port is a gas reservoir chamber.
また、本発明において、溝状をした前記ガス溜め室の溝の断面積は、前記キャリアガス供給口の断面積と同じか或いは小さくすることが望ましい。 In the present invention, it is preferable that the cross-sectional area of the groove of the gas reservoir chamber having the groove shape is the same as or smaller than the cross-sectional area of the carrier gas supply port.
また、ガス透過膜の近傍にある油を攪拌又は加振して油に流動を与える油流動手段を備えることが望ましい。 In addition, it is desirable to provide an oil flow means that stirs or vibrates the oil in the vicinity of the gas permeable membrane to give the oil a flow.
また、ガス溜め室の容積をガス測定器でのガス測定に必要なサンプルガスの容積と同じにすることが望ましい。ガス分析用カラムとガス検出素子から構成されるガス測定器では、ガス測定器に規定量のサンプルガスを供給する必要がある。ガス溜め室の容積をガス測定器でのガス測定に必要なサンプルガスの容積と同じにすることにより、ガス溜め室で検量することができ、別に検量管を備えることなく、規定量のサンプルガスを供給できる。 In addition, it is desirable that the volume of the gas reservoir chamber be the same as the volume of the sample gas necessary for gas measurement with the gas measuring device. In a gas measuring device including a gas analysis column and a gas detection element, it is necessary to supply a specified amount of sample gas to the gas measuring device. By making the volume of the gas reservoir chamber the same as the volume of the sample gas required for gas measurement with the gas measuring instrument, it is possible to perform calibration in the gas reservoir chamber and to provide a specified amount of sample gas without a separate calibration tube. Can supply.
透過膜方式の油中ガス分析装置において、ガス溜め室を溝形状にしたことにより、ガス溜め室の容積を小さくでき、また、ガス透過膜の厚さを小さくすることができる。これにより、ガス溜め室内の分解生成ガスの濃度が平衡状態に達するまでの時間を短縮でき、分解生成ガスの採取に要するまでの時間を短縮できる。本発明により、油中ガス分析装置の時間間隔を短くでき、リアルタイムでの変圧器の異常診断が可能になった。 In the permeable membrane type gas-in-oil analyzer, since the gas reservoir chamber is formed in a groove shape, the volume of the gas reservoir chamber can be reduced, and the thickness of the gas permeable membrane can be reduced. Thereby, the time until the concentration of the decomposition product gas in the gas reservoir chamber reaches the equilibrium state can be shortened, and the time required for collecting the decomposition product gas can be shortened. According to the present invention, the time interval of the oil-in-gas analyzer can be shortened, and transformer abnormality diagnosis in real time is possible.
膜透過方式の油中ガス分析装置において、ガス溜め室内の分解生成ガスの濃度が平衡状態に達する時間tは、ガス溜め室の体積をV、透過膜の厚さをd、透過膜の面積をAとして、下記の式1で表すことができる。なお、Pは透過係数、Cは定数である。
In the membrane permeation type oil-in-gas analyzer, the time t when the concentration of the decomposition product gas in the gas reservoir chamber reaches an equilibrium state is the volume of the gas reservoir chamber V, the thickness of the permeable membrane d, and the area of the permeable membrane. As A, it can represent with the following
式1によれば、ガス透過膜の厚さdおよびガス溜め室の容積Vを小さくし、ガス透過膜の面積Aを大きくすることにより、平衡到達までの時間tを小さくすることができる。
According to
平衡到達までの時間tを小さくするには、透過膜の厚さdを小さくすることが望ましい。しかし、ガス透過膜は油入り変圧器の排油口に取り付けられる場合が多く、取り付け位置には絶縁油により0.2MPa前後の圧力が掛かる。このため、ガス透過膜の厚さを小さくし過ぎると破損してしまう。 In order to reduce the time t until reaching the equilibrium, it is desirable to reduce the thickness d of the permeable membrane. However, the gas permeable membrane is often attached to the oil discharge port of the oil-filled transformer, and a pressure of about 0.2 MPa is applied to the attachment position by the insulating oil. For this reason, it will be damaged if the thickness of the gas permeable membrane is made too small.
外周の半径がR1+rの円盤状で、内側の半径R1−rの部分が中空である溝状ガス溜め室に対して厚さd1のガス透過膜を使用した場合、ガス透過膜に掛かる圧力をpとして、ガス透過膜の周囲に掛かるせん断応力τ1は、下記の式2で表すことができる。
When a gas permeable membrane having a thickness d1 is used for a groove-like gas reservoir chamber having an outer radius R1 + r and a hollow inner radius R1-r, the pressure applied to the gas permeable membrane is expressed as p. The shear stress τ1 applied to the periphery of the gas permeable membrane can be expressed by the
ガス透過膜に掛かる圧力pを0.2MPa、許容せん断応力をτとすると、溝の幅2rとガス透過膜の厚さdとの関係は、下記の式3で決定される。 When the pressure p applied to the gas permeable membrane is 0.2 MPa and the allowable shear stress is τ, the relationship between the groove width 2r and the thickness d of the gas permeable membrane is determined by the following equation (3).
以上のことから、本発明では、ガス透過膜の材料の許容最大せん断応力τ〔MPa〕と、溝の幅2rとガス透過膜の厚さdとの関係が式3になるように、溝状ガス溜め室の幅を規定して、ガス透過膜の厚さを薄くすることが好ましい。 From the above, in the present invention, the groove shape is such that the relationship between the allowable maximum shear stress τ [MPa] of the material of the gas permeable membrane, the groove width 2r, and the thickness d of the gas permeable membrane is expressed by Equation 3. It is preferable to reduce the thickness of the gas permeable membrane by defining the width of the gas reservoir chamber.
ガス測定の精度を高めるためには、ガス溜め室に貯留されている分析用のサンプルガスをキャリアガスで希釈することなくガス測定器へ供給できることが望ましい。このために、本発明では、ガス溜め室の溝の断面積を、キャリアガス入口の断面積と同じか或いは小さくすることを提案する。これにより、ガス溜め室内のガスがキャリアガスにより希釈されるのを防ぐことができる。 In order to improve the accuracy of gas measurement, it is desirable that the sample gas for analysis stored in the gas reservoir chamber can be supplied to the gas measuring instrument without being diluted with the carrier gas. To this end, the present invention proposes that the cross-sectional area of the groove of the gas reservoir chamber be the same as or smaller than the cross-sectional area of the carrier gas inlet. Thereby, it is possible to prevent the gas in the gas reservoir chamber from being diluted by the carrier gas.
ガス測定器がガス分析用カラムとガス検出素子から構成される場合には、規定量のサンプルガスをガス測定器に供給することが要求される。ガス溜め室である溝の容積を、ガス測定器でのガス測定に必要なサンプルガスの容積と同じにすることにより、ガス溜め室にてガスの検量を行うことが可能となり、検量管を設けなくても、常に規定量のガスをガス測定器に供給できるようになる。この場合、キャリアガス供給口とキャリアガス排出口は溝状ガス溜め室の端部に設けるようにして、規定量のサンプルガスが供給できるようにすることが望ましい。従来技術に示した特許文献1は、ガスの検量を外部に取り付けた検量管で行っており、このために、検量管に接続する配管や切替え弁が必要になっている。また、これらの設備および検量管自身の容積により、ガス溜め室の容積が大きくなっている。
When the gas measuring device is composed of a gas analysis column and a gas detection element, it is required to supply a specified amount of sample gas to the gas measuring device. By making the volume of the groove, which is the gas reservoir chamber, the same as the volume of the sample gas required for gas measurement with the gas meter, it is possible to perform gas calibration in the gas reservoir chamber and provide a calibration tube. Even if it is not, a specified amount of gas can always be supplied to the gas meter. In this case, it is desirable that the carrier gas supply port and the carrier gas discharge port be provided at the end of the groove-like gas reservoir chamber so that a specified amount of sample gas can be supplied. In
本発明の油中ガス分析装置においては、油を攪拌又は加振して流動を与える油流動手段を設けることが好ましい。油中に含まれる分解生成ガスがガス溜め室側へ透過することにより、ガス透過膜近傍では油に含まれる分解生成ガスの濃度が局所的に低くなり、ガス透過の効率が低下する。油を撹拌或いは振動させて流動を与えることにより、油中の分解生成ガスの濃度を一様にすることができ、ガス透過の効率を高めることができる。これにより、平衡到達までの時間tを小さくすることができる。 In the gas-in-oil analyzer of the present invention, it is preferable to provide an oil flow means for imparting a flow by stirring or shaking the oil. When the cracked gas contained in the oil permeates to the gas reservoir chamber side, the concentration of the cracked gas contained in the oil is locally reduced in the vicinity of the gas permeable membrane, and the gas permeation efficiency is lowered. The oil is stirred or oscillated to give a flow, so that the concentration of the decomposition product gas in the oil can be made uniform and the gas permeation efficiency can be increased. Thereby, the time t until reaching the equilibrium can be reduced.
ガス透過膜の材料には、高分子有機化合物膜、高分子有機化合物多孔質膜を使用することができる。また、多孔質板、孔明き板または金網を補強材として高分子有機化合物膜や高分子有機化合物多孔質膜を一体化したものなどを使用することができる。また、ガス測定器としては、多種センサ方式、ガスクロマトグラフィー方式、音響方式などが適用可能である。本発明の応用として、油中ガス分析装置を装備した油入り機器がある。 As the material of the gas permeable membrane, a polymer organic compound membrane or a polymer organic compound porous membrane can be used. In addition, a polymer organic compound film or a polymer organic compound porous film integrated with a porous plate, a perforated plate or a wire mesh as a reinforcing material can be used. In addition, as the gas measuring device, various sensor methods, gas chromatography methods, acoustic methods, and the like can be applied. As an application of the present invention, there is an oil-filled apparatus equipped with an in-oil gas analyzer.
本実施例では油入り変圧器の油中ガス分析装置について説明する。図1は、油中ガス分析装置におけるガス採取部の構造を示したものである。ガス採取部100は、溝付フランジ101、ガス透過膜102、溝状ガス溜め室103、キャリアガス供給口104、キャリアガス排出口105、弁106a、弁106bから構成される。
In this embodiment, an oil-in-gas analyzer for an oil-filled transformer will be described. FIG. 1 shows the structure of a gas sampling unit in an in-oil gas analyzer. The
排油口201は、排油弁202と共に油入り変圧器側に装備されている。排油口201および排油弁202は、本来、不要な絶縁油の排出口として使用されるが、本発明においては、ガス採取部100の取り付け部として使用する。ガス採取時には、排油弁202は開いた状態になっており、ガス透過膜102は絶縁油203に密に接している。
The
溝付フランジ101は、排油口201に締結されることにより、ガス採取部100を油入り変圧器200に装備すると共に、ガス透過膜102を周囲より挟み込んで支持する。
The
ガス透過膜102は、絶縁油203を油入り変圧器または油入り変圧器の外側容器内に封止すると共に、分解生成ガスを溝状ガス溜め室103側に透過させる。ガス透過膜102の材質として、厚さ0.1mmの四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合物膜を使用した。ガス透過膜102に好適な材料としては、四フッ化共重合物膜やポリエチレン、フッ素ゴム等の有機高分子化合物膜、多孔質の有機高分子化合物膜、多孔質板に有機高分子化合物をコーティングしたもの、孔明き板や金網等の補強材と有機高分子化合物膜を組み合わせたものなどがある。
The gas
溝状ガス溜め室103は、溝付フランジ101に形成した溝状の窪みと、ガス透過膜102により形成された空間であり、サンプルガスの採取と貯留を行う。また、溝状ガス溜め室103は、サンプルガス供給時にはキャリアガスの流路となる。
The groove-like
キャリアガス供給口104は、溝状ガス溜め室103の一端に通じており、溝状ガス溜め室103にキャリアガスを流入させる入口である。
The carrier
溝状ガス溜め室103におけるキャリアガスの流線方向に垂直な断面の面積は、キャリアガス供給口104におけるキャリアガスの流線方向に垂直な断面の面積よりも小さくする。
The area of the cross section perpendicular to the streamline direction of the carrier gas in the groove-like
キャリアガス排出口105は、溝状ガス溜め室103の他端に通じており、採取および貯留したサンプルガスや、キャリアガス供給口104より流入したキャリアガスの出口である。
The carrier
弁106aおよび弁106bは、サンプルガス採取時と貯留時には閉じ、ガス溜め室をキャリアガスにより置換する時には開く。
The
パッキン107は、溝付フランジ101とガス透過膜102との締結部および排油口201とガス透過膜102との締結部に挿入され、絶縁油を油入り変圧器又はその外側容器内に封止するのに寄与する。
The packing 107 is inserted into the fastening portion between the
図2は、油中ガス分析装置における溝付フランジの構造を示したものである。ここでは、溝状ガス溜め室103を直線的な溝形状にしている。キャリアガス供給時にキャリアガスの流れが乱れないようにする、或いはサンプルガスとキャリアガスが混合しないようにするために、溝状ガス溜め室103のキャリアガスの流線方向に垂直な断面の断面積は、キャリアガス供給口の断面積と同じか或いはそれよりも小さくすることが望ましい。
FIG. 2 shows the structure of the grooved flange in the oil-in-gas analyzer. Here, the groove-like
図3は、本発明による油中ガス分析装置の構成を示したものである。油入り変圧器200の排油口に取り付けられたガス採取部100のキャリアガス供給口は、配管501を介してキャリアガス供給部300に通じている。また、ガス採取部100のキャリアガス排出口は配管502を介してガス測定部400に通じている。配管501と配管502は配管503と接続されており、弁106cを開くとキャリアガスがガス測定部400へ直接供給されるようになっている。キャリアガス供給部300からのキャリアガスは、ガス測定部400またはガス採取部100へ供給される。
FIG. 3 shows the configuration of an in-oil gas analyzer according to the present invention. The carrier gas supply port of the
ガス測定部400では、サンプルガスに含まれるガスの種類や濃度を測定する。ガス測定部400での測定は、ガスクロマトグラフィー方式が好適である。ガスクロマトグラフィー方式によるガス測定部は、ガス分析用のガスクロマトカラムとガス検出素子とから構成される。ガスクロマトカラムは筒状で、サンプルガスがガスクロマトカラムの内部を通過する際にガスを一旦、吸着し、放出する。この吸着と放出のタイミングはガスの種類により異なり、サンプルガスはガス成分毎に分離される。ガス検出素子は成分毎に分離された分解生成ガスを検出する。ガス検出素子としては半導体式ガスセンサが好適であるが、固体電解質センサや電気化学式センサ等でも良い。
The
また、ガス測定部400として、ガスの種類により反応特性の異なるセンサを数種類使用しても良い。この場合、ガス反応特性の差異からガスの種類や濃度を求める。
Further, as the
図4は油中ガス分析の手順を示す図である。油中ガス分析の操作としては、サンプルガス採取の準備、サンプルガスの採取と貯留、測定の準備、サンプルガス供給、サンプルガス測定がある。 FIG. 4 is a diagram showing the procedure of gas analysis in oil. The operation of gas analysis in oil includes preparation for sample gas collection, sample gas collection and storage, preparation for measurement, sample gas supply, and sample gas measurement.
まず、サンプルガス採取の準備として、溝状ガス溜め室103をキャリアガスにて置換する。弁106cを閉じ、弁106aおよび106bを開いた状態にして、キャリアガス供給部300よりキャリアガスを供給する。
First, as preparation for collecting the sample gas, the groove-like
次にサンプルガスの採取と貯留を行う。溝状ガス溜め室103内がキャリアガスにて置換されたならば、弁106a,106bを閉じた状態にする。絶縁油に溶解した分解生成ガスがガス透過膜102を透過して溝状ガス溜め室103へ拡散する。溝状ガス溜め室103のガス濃度と絶縁油中の分解生成ガスの濃度とが平衡に達するまで待つ。
Next, sample gas is collected and stored. If the inside of the groove-like
ガス濃度が平衡に達するまでの時間は、測定試験を実施し事前に把握しておく。また、式1にて定数Cが既知であれば、式1から平衡に達する時間を推定しても良い。
The time until the gas concentration reaches equilibrium is known in advance by performing a measurement test. In addition, if the constant C is known in
続いて測定の準備を行う。弁106aおよび106bを閉じたままにし、弁106cを開く。
Next, preparation for measurement is performed. Leave
キャリアガス供給部300からガス測定部400へキャリアガスを供給し、ガスクロマトカラムの状態やガス検出素子の出力を安定させる。
A carrier gas is supplied from the carrier
さらに続いて、サンプルガス供給を行う。弁106cを閉じ、弁106aおよび弁106bを開いた状態にし、キャリアガスをキャリアガス供給部300から、ガス採取部100を経由して、ガス測定部400に供給する。
Subsequently, sample gas is supplied. The
溝状ガス溜め室103内をキャリアガスにて置換することにより、溝状ガス溜め室103内にあったサンプルガスをガス測定器400に供給し、ガス測定部400でガスの種類や濃度を測定する。
By replacing the inside of the groove-like
本実施例では、溝状ガス溜め室103にてサンプルガスの採取・貯留および検量、供給を行った場合について、図2、図3および図4を併用して説明する。溝状ガス溜め室103にてサンプルガスを検量することにより、別に検量管を備える必要が無くなり、検量管自体や検量管に至るまでの配管の容積を節約できる。その結果、式1におけるガス溜め室の体積Vを小さくし、平衡到達までの時間tを短縮できる。
In the present embodiment, a case where sample gas is sampled / stored, calibrated, and supplied in the grooved
図3において、ガス測定部400として、ガス分析用カラム等によりガスを分離し、ガス検出素子によりガスを検出する場合、ガス測定には規定量のサンプルガスを供給する必要がある。
In FIG. 3, when gas is separated by a gas analysis column or the like as a
図2において、キャリアガス供給口104は半径rの円筒形状である。また、溝状ガス溜め室103は、長さL、幅2r、溝の深さhの直方体形状で、さらに両端が半径r、深さhの半円柱形状である。よって、溝状ガス溜め室103の容積は、2rLh+πr2hである。
In FIG. 2, the carrier
溝状ガス溜め室103の容積は供給したサンプルガスの容積となる。そこで、溝状ガス溜め室103の容積を測定に必要なサンプルガスの容積と同等とした。
The volume of the groove-like
なお、ガス測定部400は1000mm3のサンプルガスを必要とした。そこで、溝状ガス溜め室103は、長さL=96mm、幅2r=5mm、溝の深さh=2mmとし、ガス測定部400へ約1000mm3のサンプルガスを供給するようにした。
The
なお、溝状ガス溜め室103におけるキャリアガスの流線方向に垂直な断面積2rhは10mm2であり、キャリアガス供給口104の断面積πr2の19.6mm2よりも小さい。
The
油中ガス分析の手順として、図4に従い、まず、ガス採取の準備として、溝状ガス溜め室103をキャリアガスにて置換した。弁106cを閉じ、弁106aと弁106bを開いた状態にして、キャリアガス供給部300よりキャリアガスを供給した。
As a procedure for analyzing the gas in oil, according to FIG. 4, first, the groove-like
次に、サンプルガスの採取と貯留を行った。溝状ガス溜め室103内がキャリアガスにて置換されたら、弁106aと弁106bを閉じた状態にして保持する。絶縁油中に溶解した分解生成ガスが、ガス透過膜102を透過して溝状ガス溜め室103へ拡散する。溝状ガス溜め室103のガス濃度が平衡に達するまで待った。
Next, sample gas was collected and stored. When the inside of the groove-like
ガス濃度が平衡に達するまでの時間は、事前に測定試験を実施して求め、70〔h〕とした。 The time required for the gas concentration to reach equilibrium was determined in advance by carrying out a measurement test and was set to 70 [h].
本発明によらない、検量管を別に備えた場合には、ガス濃度が平衡に達するまでの時間は138〔h〕であった。 When a calibration tube not provided according to the present invention was separately provided, the time until the gas concentration reached equilibrium was 138 [h].
よって、本発明により、ガス採取に要する時間を約2分の1に短縮できた。 Therefore, according to the present invention, the time required for gas collection can be reduced to about one half.
続いて、ガス濃度が平衡に達してから、測定の準備を行った。弁106aと弁106bを閉じたままにし、弁106cを開いた。
Subsequently, after the gas concentration reached equilibrium, preparations for measurement were made.
キャリアガス供給部300からガス測定部400へキャリアガスを供給し、ガス分析用カラムの状態やガス検出素子の出力を安定させた。
The carrier gas was supplied from the carrier
さらに続いて、サンプルガス供給を行った。弁106cを閉じ、弁106aと弁106bを開いた状態にし、キャリアガスをキャリアガス供給部300から、ガス採取部100を経由して、ガス測定部400に供給した。
Subsequently, sample gas was supplied. The
溝状ガス溜め室103内をキャリアガスにて置換することにより、溝状ガス溜め室103内にあったサンプルガスをガス測定器400に供給した。
By replacing the inside of the groove-like
本実施例では、溝状ガス溜め室103の幅を調節してガス透過膜の厚さを小さくする場合について説明する。図5は、ガス溜め室の形状が円弧状である溝付フランジの構造を示したものである。本発明の例として、溝状ガス溜め室103が外径R1+r、内径R1−r、高さhの円筒状であり、厚さd1のガス透過膜102を使用した場合と、従来法の例としてガス溜め室が半径R2、高さhの円柱状で、厚さd2のガス透過膜102を使用した場合とを比較する。
In this embodiment, a case where the thickness of the gas permeable membrane is reduced by adjusting the width of the groove-like
本発明による場合、ガス透過膜102の周囲に掛かるせん断応力が均一であると仮定して、ガス透過膜102の周囲に掛かるせん断応力τ1は、既に述べたように式2により求められる。
In the case of the present invention, assuming that the shear stress applied to the periphery of the gas
許容せん断応力をτとすると、ガス透過膜102の厚さd1は式4で決定される。
When the allowable shear stress is τ, the thickness d1 of the gas
これに対し、従来法による場合では、ガス透過膜102の周囲に掛かるせん断応力τ2は、式5で決定される。
On the other hand, in the case of the conventional method, the
許容せん断応力をτとすると、ガス透過膜102の厚さd2は式6で決定される。
When the allowable shear stress is τ, the thickness d2 of the gas
膜の厚さの比d1/d2は、式7のとおりとなり、R1によらず、rとR2により決定される。 The film thickness ratio d1 / d2 is as shown in Equation 7, and is determined by r and R2, regardless of R1.
また、V=A・hであるから、式1は、以下の式8で表すことができる。
Further, since V = A · h,
本発明による平衡到達までの時間t1は、式9のとおりとなる。 The time t1 to reach equilibrium according to the present invention is as shown in Equation 9.
また、従来法による平衡到達までの時間t2は、式10のとおりとなる。 Further, the time t2 until reaching the equilibrium according to the conventional method is as shown in Expression 10.
よって、平衡到達までの時間の比t1/t2は、式7、式9、式10により、式11のとおりとなり、rとR2により決定される。 Therefore, the ratio t1 / t2 of the time to reach equilibrium is as shown in Expression 11 by Expression 7, Expression 9, and Expression 10, and is determined by r and R2.
本発明と従来法とでガス透過膜102の面積を同じにした場合、例えばR1を50mm、rを2mm、R2を20mmとした場合であっても、本発明による平衡到達までの時間t1は従来法による平衡到達までの時間t2の5分の1にすることができる。
When the area of the gas
図6は、溝状ガス溜め室の形状がジグザグ状である場合の溝付フランジの構造を示す図である。 FIG. 6 is a view showing the structure of the grooved flange when the groove-shaped gas reservoir chamber has a zigzag shape.
図7は、溝状ガス溜め室の形状が渦巻状である場合の溝付フランジの構造を示す図である。 FIG. 7 is a view showing the structure of the grooved flange when the groove-shaped gas reservoir chamber has a spiral shape.
図5に示した溝状ガス溜め室の形状が円弧状である溝付フランジに代えて、ジグザグ状或いは渦巻状の溝付フランジを使用しても良い。 Instead of the grooved flange in which the shape of the grooved gas reservoir chamber shown in FIG. 5 is an arcuate shape, a zigzag or spiral grooved flange may be used.
本実施例では、油流動手段を備えてガス透過膜102近傍の絶縁油を流動させる場合について説明する。絶縁油を流動させることにより、ガス透過膜102近傍における分解生成ガスの濃度の低下を抑えることができる。
In this embodiment, a case where oil flowing means is provided and insulating oil in the vicinity of the gas
図8は、油流動手段を備えた場合の本発明による油中ガス分析装置の構成を示す図である。図8において、ガス採取部100は油流動手段として攪拌機601を備えている。攪拌機601にはプロペラ状の羽根が付いており、回転させることによりガス透過膜102近傍の油を流動させる。サンプルガスの採取と貯留の操作の際に、油を流動させる。また、油流動手段として、攪拌機601の代わりに超音波発振器602を使用しても良い。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the in-oil gas analyzer according to the present invention provided with an oil flow means. In FIG. 8, the
1…油中ガス分析装置、100…ガス採取部、101…溝付フランジ、101、102…ガス透過膜、103…溝状ガス溜め室、104…キャリアガス供給口、105…キャリアガス排出口、106a,106b,106c…弁、107…パッキン、200…油入り変圧器、201…排油口、202…排油弁、203…絶縁油、300…キャリアガス供給部、400…ガス測定部、501…配管、502…配管、503…配管。
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