JP2008175751A - 冷媒の劣化診断方法および冷媒の劣化診断システム - Google Patents

Description

本発明は電気機器などに使用される冷媒、特に、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒の劣化の程度を診断する方法および冷媒の劣化診断を行う劣化診断システムに関する。

シリコン整流器などの電気機器には、その冷却に、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒を用いるものがある。クロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ブロモフルオロメタン、ハイドロフルオロエーテルなどのハロゲン化炭化水素は、1)加圧によって容易に液化する。2)気化熱が大きい。3)電気絶縁性、熱安定性に優れることなどから、冷媒として実用に供されている。しかし、冷媒を使用する電気機器が長期間の運転を経たときは、冷媒のハロゲン化炭化水素が劣化分解し、塩素イオン、フッ素イオンなどのハロゲンイオンが生成することがある。生成したハロゲンイオンは、冷媒中に溶存して、機器の構成材料を腐食し、さらには地絡を生じさせることとなるため、電気機器を長期間、安定して運転するには、冷媒の劣化の程度を診断して、冷媒の保守管理を行うことが求められる。
特公平７−３５９９６号公報

以上のように、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒を使用する電気機器の運転では、冷媒の劣化の程度を診断して、冷媒の保守管理を行うことが重要課題である。劣化の程度を診断することにより、機器構成材の腐食を生じる前に、冷媒を交換することなどの対応策をとることが可能となる。また、劣化診断は局所加熱など冷媒の劣化原因の究明にも情報を提供するものである。

しかし、従来、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒の劣化診断方法として適するものはなかった。例えば、導電性のハロゲンイオンの溶存により、冷媒の電気伝導率が増大することに着目して、冷媒の電気伝導率の変化を測定する方法では、冷媒中のハロゲンイオンが低濃度では、電気伝導率の変化が少ないため、冷媒の劣化の程度を的確に判断することは困難である。そこで、本発明は、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒の劣化の程度を診断する手段を提供することを課題とする。

ハロゲン化炭化水素からなる冷媒が劣化し、劣化分解生成物として、塩素イオン、フッ素イオンなどのハロゲンイオンが生成したときは、冷媒中に含まれる。このため、本発明は、ハロゲンイオンの濃度、すなわち、冷媒中の微少含有量を測定し、その結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断する手段により、上記課題を解決しようとするものである。
また、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率は、
ハロゲンイオンの濃度が増すに従い、増大する。ここで、ハロゲンイオンを含むことによる電気伝導率の変化は、当該抽出液では、冷媒の場合より大きく、劣化診断に有効な知見を与える。そこで、本発明は、当該抽出液の電気伝導率を測定した結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断する手段により、上記課題を解決しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定した結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断することを特徴とする冷媒の劣化診断方法である。
本発明による冷媒の劣化診断方法は、冷媒の劣化により生成し、冷媒に含まれる塩素イオン、フッ素イオンなどのハロゲンイオン濃度を測定する。さらに、その測定結果を、あらかじめ定めた劣化の程度を判断する基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものである。例えば、ある電気機器の冷媒に含まれるハロゲンイオンの濃度が８ｐｐｍ以上であるときに、当該電気機器の構成材料に腐食が発生するときは、８ｐｐｍを基準値とする。そして、冷媒に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定し、その測定結果が８ｐｐｍ以上、すなわち、当該基準値と等しい、あるいは当該基準値を超えるものであるときは、当該冷媒は当該構成材料を腐食させるほど劣化したと判断して、冷媒の劣化診断をするものである。

請求項２に記載の発明は、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、前記ハロゲンイオンの濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載の冷媒の劣化診断方法である。
本発明による冷媒の劣化診断方法は、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、冷媒に含まれるハロゲンイオン濃度を測定する。さらに、その測定結果を、あらかじめ定めた劣化の程度を判断する基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものである。ここで、イオンクロマトグラフィー、イオン選択性電極を用いる測定はいずれも、純水中に抽出したハロゲンイオンの濃度をｐｐｍレベルで測定するものである。

請求項３に記載の発明は、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断することを特徴とする冷媒の劣化診断方法である。
本発明による冷媒の劣化診断方法は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定する。さらに、その測定結果を、あらかじめ定めた劣化の程度を判断する基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものである。例えば、ある電気機器の冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率が１６ｍＳ／ｍ（ミリジーメンス／メートル）以上であるときに、当該電気機器の構成材料に腐食が発生するときは、１６ｍＳ／ｍを基準値とする。そして、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定し、その測定結果が１６ｍＳ／ｍ以上、すなわち、当該基準値と等しい、あるいは当該基準値を超えるものであるときは、当該冷媒は当該構成材料を腐食させるほど劣化したと判断して、冷媒の劣化診断をするものである。

請求項４に記載の発明は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出する抽出器と、前記ハロゲンイオンを含む抽出液を溜める抽出液槽と、前記抽出液に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定する測定器と、前記ハロゲンイオンの濃度の測定結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断する劣化診断器とからなることを特徴とする冷媒の劣化診断システムである。

本発明による冷媒の劣化診断システムは、抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器とから構成され、冷媒に含まれるハロゲンイオンを、前記抽出器により純水中に抽出する工程、前記抽出により得られた抽出液を前記抽出液槽に溜める工程、前記抽出液に含まれるハロゲンイオンの濃度を前記測定器により測定する工程、前記ハロゲンイオン濃度の測定結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を前記劣化診断器により診断する工程を順次、行うことにより、前記冷媒の劣化の程度を診断するものである。すなわち、本システムを構成する抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器の機能・作用により、冷媒に含まれるハロゲンイオンの抽出液を試料として、ハロゲンイオンの濃度を測定し、さらに、その測定結果をもとに冷媒の劣化の程度を診断するものである。

請求項５に記載の発明は、前記測定器が、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、前記ハロゲンイオンの濃度を測定する測定器であることを特徴とする請求項４に記載の冷媒の劣化診断システムである。
本発明による冷媒の劣化診断システムは、抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器とから構成された劣化診断システムにおいて、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いる測定器により、ハロゲンイオンの濃度を測定し、その測定結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断するものである。

請求項６に記載の発明は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出する抽出器と、前記ハロゲンイオンを含む抽出液を溜める抽出液槽と、前記抽出液の電気伝導率を測定する測定器と、前記電気伝導率の測定結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断する劣化診断器とからなることを特徴とする冷媒の劣化診断システムである。
本発明による冷媒の劣化診断システムは、抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器とから構成された劣化診断システムにおいて、電気伝導率を測定する測定器により、抽出液の電気伝導率を測定し、その測定結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断するものである。

本発明は、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒の劣化の程度を診断する手段を提供する。すなわち、本発明は、ハロゲン化炭化水素からなる冷媒に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定し、その結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断するものである。また、本発明は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断するものである。いずれも、測定結果を、あらかじめ定めた劣化判断の基準値と対比することにより、冷媒の劣化の程度を判断するものであり、基準値と対比すればよく、診断者の熟練度を要することなく、的確に冷媒の劣化の程度を診断できる効果が得られる。

請求項１に記載の発明は、ハロゲンイオン濃度の測定結果を基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものであり、診断者の熟練度を要することなく、的確に冷媒の劣化の程度を診断できる効果を奏する。
請求項２に記載の発明は、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、ハロゲンイオンの濃度を測定し、その測定結果をもとに冷媒の劣化の程度を診断する。イオンクロマトグラフィー、イオン選択性電極を用いる測定はいずれも、ハロゲンイオン濃度について、ｐｐｍレベルでの測定を可能とする。このため、ｐｐｍレベルのハロゲンイオンの生成により、電気機器の構成材料が腐食する場合にも、本発明は、測定結果の信頼性および劣化診断の信頼性の確保を可能とする効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した結果を基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものであり、診断者の熟練度を要することなく、的確に冷媒の劣化の程度を診断できる効果を奏する。また、電気伝導率を測定する電気伝導度計は、コンパクトで携帯が容易である。このため、冷媒を使用する電気機器が設置されたフィールドにおいて、その場で、冷媒の劣化診断を実施できる効果が得られる。さらに、電気伝導度計による測定は、操作が平易で、短時間で済むことから、診断の対象が多い場合に、スクリーニングテストとしても、活用することができる。

請求項４に記載の発明による冷媒の劣化診断システムは、本システムを構成する抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器の機能・作用により、冷媒に含まれるハロゲンイオンの抽出液を試料として、ハロゲンイオンの濃度を測定し、さらに、その測定結果を基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものであり、診断者の熟練度を要することなく、的確に冷媒の劣化の程度を診断できる効果を奏する。

請求項５に記載の発明による冷媒の劣化診断システムは、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いる測定器により、ハロゲンイオンの濃度を測定し、その測定結果をもとに、冷媒の劣化の程度を診断するものである。イオンクロマトグラフィー、イオン選択性電極を用いる測定はいずれも、ハロゲンイオン濃度について、ｐｐｍレベルでの測定を可能とするものであるため、本発明により、測定結果の信頼性および劣化診断の信頼性を確保することができる。

請求項６に記載の発明による冷媒の劣化診断システムは、抽出器、抽出液槽、測定器および劣化診断器とから構成された劣化診断システムにおいて、電気伝導率を測定する測定器により、抽出液の電気伝導率を測定し、その測定結果を基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を診断するものであり、診断者の熟練度を要することなく、的確に冷媒の劣化の程度を診断できる効果を奏する。また、電気伝導率を測定する電気伝導度計は、コンパクトで携帯が容易である。このため、冷媒を使用する電気機器が設置されたフィールドにおいて、その場で、冷媒の劣化診断を実施できる効果が得られる。さらに、電気伝導度計による測定は、操作が平易で、短時間で済むことから、診断の対象が多い場合に、スクリーニングテストとしても、活用することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、実施例をもとに、以下に説明する。図１は、請求項４、請求項５または請求項６に記載の発明に係る冷媒の劣化診断システム１０の構成を示す概要図である。冷媒の劣化診断システム１０は、抽出器１１、抽出液槽１２、測定器１３および劣化診断器１４とから構成される。抽出器１１は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出し、分離するものである。冷媒と純水を混合し、振とうすることにより、抽出を行う。ここで、振とうに変えて超音波による振動を利用することもできる。抽出液槽１２は、ハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液２０を、冷媒と分離したのち、溜めるものである。測定器１３により、抽出液２０に含まれるハロゲンイオンの濃度、または抽出液２０の電気伝導率を測定する。劣化診断器１４は、測定器１３による測定結果を、あらかじめ定めた劣化の程度を判断する基準値と対比して、冷媒の劣化の程度を判断し、診断するものである。

冷媒の劣化診断システム１０を用いて、以下の工程により、請求項１、請求項２または請求項３に記載の冷媒の劣化診断方法を実施することができる。
（第１工程）電気機器１の冷媒充填部２に充填された冷媒３から、診断試料用の冷媒３を採取する。
（第２工程）抽出器１１により、採取した冷媒３に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して、抽出液２０を得る。
（第３工程）抽出液２０を冷媒３と分離したのち、抽出液槽１２に溜める。
（第４工程）抽出液槽１３内の抽出液２０から測定用試料を採取し、測定に供する。測定器１３として、イオンクロマトグラフを用いて、抽出液２０中のハロゲンイオンの濃度を測定する。または、イオン選択性電極を用いたマルチ水質計（東亜ディーケーケー社製MM-60R）を使用して、抽出液２０中のハロゲンイオンの濃度を測定する。あるいは、電気伝導度計を用いて、抽出液２０の電気伝導率を測定する。
（第５工程）劣化診断器１４により、イオンクロマトグラフなどによる測定結果を、劣化診断のための基準値と対比して、劣化の程度を診断する。

以上の工程により、冷媒の劣化診断システム１０を用いて、冷媒の劣化診断を行うことができる。
次に、測定器１３としてイオンクロマトグラフを用いて、ハロゲンイオン濃度を測定し、冷媒の劣化診断を行う方法を、実施例１にて説明する。また、測定器１３として、イオン選択性電極を用いた測定器により、冷媒の劣化診断を行う方法を実施例２に、電気伝導度計を用いて、冷媒の劣化診断を行う方法を実施例３にそれぞれ述べる。

測定器１３として、ＤＩＯＮＥＸ社製イオンクロマトグラフを使用した。分離用カラムは陰イオン用ＩｏｎＰａｃ ＡＳ１７、ＡＧ１７（ＤＩＯＮＥＸ社製）、溶離液は陰イオン用ＥＧＣ−ＫＯＨ（ＤＩＯＮＥＸ社製）である。ハロゲンイオンとして、フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオンを含む陰イオン標準液を試料としたときのクロマトグラムを図２に示す。フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオンが検出されており、当該イオンクロマトグラフにより、フッ素イオン等が分析できる。次に、ハロゲンイオン濃度を変えた試料を用いて、検量線を作成した。図３に塩素イオンについての検量線（塩素イオン濃度 ｖｓ．クロマトグラムのピーク面積）を示す。当該検量線を用いて、測定に供した試料に含まれる塩素イオン濃度を求めることができる。フッ素イオン、臭素イオンについても、同様に検量線を作成した。

抽出器１１は、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出し、分離するものである。冷媒と純水を混合し、振とうすることにより、抽出を行う。振とう時間とハロゲンイオンの抽出率との関係を検討した。ここで、冷媒に含まれるハロゲンイオンをすべて純水中に抽出した場合、抽出率１００％とする。冷媒として、クロロフルオロカーボンの一つであるフロン１１３（ＣCl_２ＦＣClＦ_２）を用いた。塩素イオン濃度１０ｐｐｍを含むフロン１１３を試料とし、試料５０ｍｌと純水５０ｍｌを混合し、振とうして、抽出液を得た。抽出液の塩素イオン濃度は、図３の検量線を用いて定量した。振とう時間を変えて、塩素イオンの抽出率を求めた結果を図４に示す。振とう時間が１０分以上では、抽出率１００％であり、以後、振とうする時間を１０分とした。

次に、シリコン整流器の冷媒として使用履歴のあるフロン１１３を試料として、含まれるハロゲンイオン濃度を当該イオンクロマトグラフにより測定した。試料を採取したシリコン整流器４台はすべて同一機種であり、構成材料に腐食箇所が認められたものが２台、腐食の発生がないものが２台である。腐食ありを試料Ａ、試料Ｂ、腐食なしを試料Ｃ、試料Ｄとした。また、比較のため、未使用のフロン１１３を試料Ｅとした。試料に含まれる塩素イオン濃度、フッ素イオン濃度を測定した結果を表１に示す。表に示した値は、測定試料数３の平均値である。

腐食ありの試料Ａの塩素イオン濃度は７．１ｐｐｍ、フッ素イオン濃度は１．４ｐｐｍであり、同じく腐食ありの試料Ｂの塩素イオン濃度は１２．３ｐｐｍ、フッ素イオン濃度は２．５ｐｐｍである。一方、腐食なしの試料Ｃ、試料Ｄおよび未使用の試料Ｅについては、塩素イオン濃度、フッ素イオン濃度ともに０．１ｐｐｍ以下である。以上より、腐食を生じた冷媒（フロン１１３）に含まれる塩素イオン濃度は７．１ｐｐｍ以上である。また、塩素イオン濃度とフッ素イオン濃度を併せたハロゲンイオン濃度としては８．５ｐｐｍ以上である。従って、冷媒の劣化程度を判断する基準値として、塩素イオン濃度について７．１ｐｐｍを定めることができる。また、ハロゲンイオン濃度を指標とすれば８．５ｐｐｍが基準値となる。この基準値をもとに、冷媒の劣化診断を行うことができる。なお、以上の基準値は、実施例１で測定した試料をもとに導いたものであり、使用履歴のある冷媒試料について、さらに測定を重ねることにより、変更されうるものである。

測定器１３として、イオン選択性電極を用いるマルチ水質計（東亜ディーケーケー社製MM-60R）を使用して、冷媒に含まれるハロゲンイオン濃度を測定した。当該マルチ水質計は、イオン選択性電極（塩素イオン用ＣＬ−２０２１、フッ素イオン用Ｆ−２０２１、臭素イオン用ＢＲ−２０２１（いずれも東亜ディーケーケー社製））を取り替えて使用することにより、塩素イオン濃度、フッ素イオン濃度、臭素イオン濃度をそれぞれ測定できるものである。実施例１で用いた試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについて、そのハロゲンイオン濃度を当該マルチ水質計により測定した。測定結果は、実施例１の表１に示された結果と同じであった。従って、当該マルチ水質計による測定によっても、実施例１で定めた基準値と同じ値を基準値とすることができる。

測定器１３として、電気伝導度計を使用して、冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した。冷媒試料として、実施例１で用いた試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを使用した。測定結果を表２に示す。

腐食ありの試料Ａの抽出液の電気伝導率は１６．１ｍＳ／ｍであり、同じく腐食ありの試料Ｂの抽出液の電気伝導率は２８．５ｍＳ／ｍである。一方、腐食なしの試料Ｃ、試料Ｄおよび未使用の試料Ｅについては、抽出液の電気伝導率はいずれも０．１ｍＳ／ｍである。以上より、腐食を生じた冷媒（フロン１１３）の抽出液の電気伝導率は１６．１ｍＳ／ｍ以上である。従って、冷媒の劣化程度を判断する基準値として、抽出液の電気伝導率について１６．１ｍＳ／ｍを定めることができる。この基準値をもとに、冷媒の劣化診断を行うことができる。なお、以上の基準値は、実施例１で測定した試料をもとに導いたものであり、使用履歴のある冷媒試料について、さらに測定を重ねることにより、変更されうるものである。

本発明に係る冷媒の劣化診断システムの構成を示す概要図 本発明の実施例１に係るイオンクロマトグラフィーによるクロマトグラムを示す図 本発明の実施例１に係るイオンクロマトグラフィーの検量線を示す図 本発明の実施例１に係る振とう時間と塩素イオン抽出率との関係を示す図

符号の説明

１ 電気機器
２ 冷媒充填部
３ 冷媒
１０ 冷媒の劣化診断システム
１１ 抽出器
１２ 抽出液槽
１３ 測定器
１４ 劣化診断器
２０ 抽出液

Claims (6)

1. ハロゲン化炭化水素からなる冷媒に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定した結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断することを特徴とする冷媒の劣化診断方法
2. イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、前記ハロゲンイオンの濃度を測定することを特徴とする請求項1記載の冷媒の劣化診断方法
3. ハロゲン化炭化水素からなる冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出して得た抽出液の電気伝導率を測定した結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断することを特徴とする冷媒の劣化診断方法
4. 冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出する抽出器と、前記ハロゲンイオンを含む抽出液を溜める抽出液槽と、前記抽出液に含まれるハロゲンイオンの濃度を測定する測定器と、前記ハロゲンイオンの濃度の測定結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断する劣化診断器とからなることを特徴とする冷媒の劣化診断システム
5. 前記測定器が、イオンクロマトグラフィーまたはイオン選択性電極を用いて、前記ハロゲンイオンの濃度を測定する測定器であることを特徴とする請求項４に記載の冷媒の劣化診断システム
6. 冷媒に含まれるハロゲンイオンを純水中に抽出する抽出器と、前記ハロゲンイオンを含む抽出液を溜める抽出液槽と、前記抽出液の電気伝導率を測定する測定器と、前記電気伝導率の測定結果をもとに、前記冷媒の劣化の程度を診断する劣化診断器とからなることを特徴とする冷媒の劣化診断システム
   
   
   

Images