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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gasrückgewinnungsvorrichtung, die
für eine
mit einem Isoliergas gefüllte,
gasisolierte Vorrichtung verwendet wird, und insbesondere eine Gasrückgewinnungsvorrichtung, die
für eine
gasisolierte Vorrichtung angepasst ist, die mit Gasen gefüllt ist,
die im Hinblick auf die Umwelt problematisch sind, wie z.B. SF6/Stickstoff-Isoliergasgemischen. Eine solche Gasrückgewinnungsvorrichtung
ist aus der EP-A-0
885 841 oder der JP-A-09285719 bekannt.
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Im
Allgemeinen weist eine Schaltstation einen Ausschalter und einen
Unterbrecher auf, so dass eine Systemänderung und eine Wartungsprüfung durchgeführt werden
können.
Insbesondere werden von den vorstehend genannten Vorrichtungen,
bei denen eine gasisolierte Vorrichtung verwendet wird, die mit
SF6-Gas gefüllt ist, große Vorrichtungen
verwendet.
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Im
Allgemeinen ist SF6-Gas aufgrund der Isolierleistung
und Unterbrechungsleistung besonders bevorzugt. Da darüber hinaus
SF6 ein chemisch stabiles und ungefährliches
Gas ist, wurde es als Isoliermedium in der vorstehend genannten
Vorrichtung verbreitet verwendet. Das SF6-Gas
trägt jedoch
zum Treibhauseffekt bei und weist eine lange Zersetzungslebensdauer
auf.
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Aufgrund
von Langzeit-Umweltschutzerwägungen
ist der Ausstoß von
SF6-Gas beschränkt. Wenn daher eine periodische
Wartung und ein periodischer Teileaustausch durchgeführt werden,
sollte das SF6-Gas wiedergewonnen werden,
so dass es von der gasisolierten Vorrichtung nicht nach außen austritt.
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Wenn
das SF6-Gas wiedergewonnen und gelagert
wird, ist ein großer
Tank zum Lagern des SF6-Gases erforderlich,
da das Volumen des SF6-Gases groß wird.
Es ist jedoch vorteilhaft, das Gas in einen Hochdruckzustand zu
versetzen und das Volumen des SF6-Gases
zu vermindern. Dies kann jedoch Sicherheitsprobleme erzeugen.
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Demgemäß wurde
vorgeschlagen, eine Gasrückgewinnungsvorrichtung
zu verwenden, die das SF6-Gas durch Beaufschlagen
mit Druck und Verflüssigen
von SF6 in eine SF6-Flüssigkeit
umwandelt. Durch die Verwendung einer solchen Vorrichtung kann der
Tank zur Rückgewinnung
stark verkleinert werden. Ferner kann die Sicherheit verbessert
werden.
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Die 1 zeigt
eine Grundstruktur der Gasrückgewinnungsvorrichtung.
Die Gasrückgewinnungsvorrichtung
wird zum Rückgewinnen
des Gases von einer gasisolierten Vorrichtung 1 verwendet.
Die Gasrückgewinnungsvorrichtung
besteht aus einem Filter 2, einer Vakuum/Kompressionspumpe 3,
einem Gasverflüssigungssystem 6,
einem SF6-Flüssigkeitstank 7, einer
Kühlvorrichtung 11 und
einem Kühlrohr 12.
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Die
gasisolierte Vorrichtung 1, der Filter 2, die
Vakuum/Kompressionspumpe 3, das Gasverflüssigungssystem 6 und
der SF6-Flüssigkeitstank 7 sind über ein
Rohr 13 miteinander verbunden. Ein Ventil 14 zum Steuern
der Strömungsgeschwindigkeit
von dem Gasverflüssigungssystem 6 oder
dem SF6-Flüssigkeitstank 7 ist
bereitgestellt. Darüber
hinaus adsorbiert der Filter 2 das zersetzte SF6-Gas, das sich aufgrund eines Lichtbogens
bildet. Der Filter adsorbiert auch teilchenförmige Fremdsubstanzen.
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Für die gasisolierte
Vorrichtung 1 ist sehr trockenes SF6-Gas
mit einer hohen Reinheit erforderlich. Daher wird zum Entfernen
von Feuchtigkeit oder von zersetztem Gas ein Adsorptionsmittel verwendet.
Als Adsorptionsmittel werden üblicherweise
Zeolithe mit einer Porengröße von etwa
5 Å oder
10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)
verwendet, da die zersetzten Gasmoleküle größer sind als ein H2O-Molekül. Es können auch
Zeolithe mit einer Porengröße von 9 Å (9 · 10–10 m)
verwendet werden. D.h., die Größe hängt von
der Art des wiedergewonnenen Gases ab.
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In
einer herkömmlichen
Gasrückgewinnungsvorrichtung
wird das SF6-Gas von der gasisolierten Vorrichtung 1 durch
die Vakuum/Kompressionspumpe 3 in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet.
Zusätzlich wird
ein Kältemittel,
wie z.B. ein Chlorfluorkohlenstoff, von der Kühlvorrichtung 11 durch
das Kühlrohr 12 geleitet.
Das SF6-Gas wird in dem Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt und
dann wird die rückgewonnene SF6-Flüssigkeit
in dem Lagertank 7 gelagert.
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Wenn
Feuchtigkeit und verschiedene Zersetzungsgase (HF, H2O,
SO2 und SOF2, SO2F2) und verwandte
Gasmoleküle
(CF4) in eine Reihenfolge von dem größten zum
kleinsten Adsorptionsvermögen
gebracht werden, ist die Reihenfolge folgendermaßen:
HF, H2O,
SO2 und SOF2, SO2F2, CO2,
SF6, CF4, N2, O2
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In
der vorstehend genannten Liste ist die Reaktivität von HF am größten und
das HF wird chemisorbiert. Dessen Adsorptionsenergie beträgt etwa
100 kcal/mol (419 kJ/mol). Es wird angenommen, dass der Rest der
Gase durch Physisorption adsorbiert wird. Die Adsorptionsenergie
bei der Physisorption beträgt
etwa 1 bis 4 kcal/mol (4,19 bis 16,75 kJ/mol).
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Verglichen
mit der Chemisorption ist die Physisorption bezüglich der Adsorption schwächer. Deshalb wird
angenommen, dass die Gasmoleküle
von dem Adsorptionsmittel in einem Zustand mit vermindertem Druck
unter dem Einfluss der Molekularbewegung desorbieren. Selbst wenn
das Molekül
mit einer schwachen Adsorption durch Physisorption adsorbiert wird,
wird darüber
hinaus dann, wenn ein Molekül
mit einer starken Adsorption ankommt, das Molekül mit der starken Adsorption
adsorbiert, so dass das Molekül
mit der starken Adsorption das Molekül mit der schwachen Adsorption
ersetzt.
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Es
ist schwierig, von diesen Gasen unter vermindertem Druck Feuchtigkeit
zu desorbieren. In einem Zustand unter vermindertem Druck zur Rückgewinnung
von SF6-Gas desorbieren jedoch Gase wie
z.B. SOF2, SO2F2, CO2, SF6, CF4, N2 und O2 von dem
Adsorptionsmittel. Daher können
Gase wie SOF2, SO2F2, CO2, SF6, CF4, N2 und O2 aus der
gasisolierten Vorrichtung 1 austreten und in die Rückgewinnungsvorrichtung
eintreten. Wenn dies der Fall ist, fängt der Filter 2 das
zersetzte Gas und jegliche Fremdsubstanzen ein und verhindert ein
Eindringen des zersetzten Gases und der Fremdsubstanzen in das Gasverflüssigungssystem 6.
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Aus
Umweltschutzgründen
muss die Menge des austretenden SF6-Gases
weiter vermindert werden. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, die
Menge des verwendeten SF6-Gases zu vermindern.
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Die
Verwendung eines Mischgases, das Stickstoffgas als Hauptkomponente
und eine geringe Menge SF6-Gas aufweist,
wird bei der Verminderung des SF6-Gases
als effektiv erachtet. Die Eigenschaften des SF6-Gases
und des Stickstoffgases unterscheiden sich jedoch beträchtlich.
D.h., unter den Bedingungen, bei denen sich das SF6-Gas
verflüssigt,
verflüssigt
sich nicht gleichzeitig das Stickstoffgas. Stickstoff liegt nach
wie vor als Gas vor. Daher ist es möglich, in einem Mischgas nur
das SF6-Gas zu verflüssigen und das SF6-Gas von
dem Stickstoffgas abzutrennen.
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Die
charakteristischen Werte des Mischungsverhältnisses und des Verflüssigungsdrucks
sind in der Tabelle 1 gezeigt.
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Wenn
die Reinheit des SF6-Gases hoch ist, ist
die Druckverflüssigung
des SF6-Gases bei Raumtemperatur, wie z.B.
20°C, einfach.
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Um
das SF6-Gas in einem Mischgas zu verflüssigen,
ist jedoch ein hoher Druck erforderlich.
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Gemäß der Tabelle
1 ist die Verflüssigung
von SF6 sehr schwierig, da im Fall von 10
Vol.-% SF6-Gas ein Druck von 20 MPa oder
mehr bei Raumtemperatur erforderlich ist. Darüber hinaus muss eine große Kühlvorrichtung
verwendet werden und der Verflüssigungsdruck
muss gesenkt werden. Folglich ist die Vergrößerung der Vorrichtung bei
der Rückgewinnung
und beim Recycling eines Mischgases zu einem Problem geworden.
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Eine
Gasrückgewinnungsvorrichtung
ist in der japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2000-135412 beschrieben. Bei der herkömmlichen
Technologie, bei der Mischgase rückgewonnen
werden, die SF6-Gas enthalten, gibt es jedoch
die folgenden Probleme. Wenn ein Mischgas in das Gasverflüssigungssystem 6 eingebracht
wird und das Gasverflüssigungssystem
6 das SF6-Gas kontinuierlich verflüssigt, treten
die folgenden Probleme auf.
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Das
konzentrierte SF6-Gas wird in dem Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt, jedoch
sammelt sich das Hauptzusammensetzungsgas des Mischgases, wie z.B.
Stickstoffgas, nach und nach in dem Gasverflüssigungssystem 6 an.
Daher muss dieses Hauptzusammensetzungsgas aus dem Gasverflüssigungssystem 6 entfernt
werden, bevor der zulässige
Druck des Gasverflüssigungssystems 6 überschritten
wird.
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Das
Hauptzusammensetzungsgas kann jedoch eine gewisse Menge an SF6-Gas enthalten, und deshalb kann das Hauptzusammensetzungsgas
nicht in die Atmosphäre
abgegeben werden. Um zu verhindern, dass das SF6-Gas
in dem Hauptzusammensetzungsgas verbleibt, wird daher vorzugsweise
das Rückgewinnungsverhältnis des
SF6-Gases verbessert. Darüber hinaus
ist unter Berücksichtigung
der Rückgewinnung des
Mischgases der Gasdruck in der gasisolierten Vorrichtung im frühen Stadium
der Rückgewinnungsstufe hoch.
Daher strömt
das Gas lediglich durch Öffnen
eines Ventils automatisch auf die Seite der Rückgewinnungsvorrichtung. Als
Folge davon ist die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit einfacher.
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Wenn
dieser Rückgewinnungsvorgang
durchgeführt
worden ist, wird jedoch ein Rückgewinnungsvorgang
unter vermindertem Druck erforderlich. Der Rückgewinnungsvorgang hängt von
der Leistung der Vakuum/Kompressionspumpe ab. Die Verarbeitungsmenge
pro Zeitenheit wird unter vermindertem Druck reduziert. Daher wird
es schwierig, eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit sicherzustellen
und die Rückgewinnungseffizienz
wird vermindert.
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Wenn
ferner das Gas unter Krafteinwirkung mit der Vakuum/Kompressionspumpe
herausgezogen wird, desorbiert zersetztes Gas frühzeitig von dem Adsorptionsmittel
in der gasisolierten Vorrichtung. Daher wird das zersetzte Gas auf
die Seite der Rückgewinnungsvorrichtung
abgegeben.
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Wenn
das zersetzte Gas in die Rückgewinnungsvorrichtung
eintritt, wird die Lebensdauer der Rückgewinnungsvorrichtung nachteilig
beeinflusst. Das zersetzte Gas verursacht z.B. eine chemische Zersetzung der
Rohre in der Rückgewinnungsvorrichtung
und eine Zersetzung des Adsorptionsmittelmaterials.
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Daher
ist es bevorzugt, dass das zersetzte Gas, das von der gasisolierten
Vorrichtung abgegeben wird, sicher eingefangen wird. Darüber hinaus
ist in der gasisolierten Vorrichtung üblicherweise ein Adsorptionsmittel
mit verschiedenen Zeolithen, wie z.B. Zeolithen mit Poren mit 5 Å oder 10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)
enthalten.
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Dabei
umfasst das Adsorptionsmittel Zeolithe mit Poren von etwa 10 Å (10 · 10–10 m),
die SF6-Gas
zur Rückgewinnung
adsorbieren. Wenn daher bei der Rückgewinnung in einem Zustand
eines verminderten Drucks eine große Menge des Adsorptionsmittels
vorliegt, wird das SF6-Gas nach und nach über einen langen Zeitraum von
der Seite der gasisolierten Vorrichtung desorbieren. Daher besteht
ein Problem dahingehend, dass die Rückgewinnung von SF6-Gas eine lange Zeit
erfordert. Wenn das Adsorptionsmaterial andererseits Zeolithe mit
einer Größe von 5 Å (5 · 10–10 m)
aufweist, ist es schwierig, ein zersetztes Gas mit einer Größe von mehr
als 5 Å (5 · 10–10 m)
zu adsorbieren und die Adsorptionsrate kann abnehmen.
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Daher
ist eine Optimierung der Kombination von Zeolithen in dem Adsorptionsmittel
in der gasisolierten Vorrichtung bevorzugt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten
Umstände
gemacht und soll die vorstehend genannten Probleme lösen. Insbesondere
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasrückgewinnungsvorrichtung
bereitzustellen, die eine einfache und kostengünstige Struktur aufweist und
SF6-Gas mit hoher Effizienz rückgewinnen
kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil
von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 bereit. Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen
Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung
zur Erläuterung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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1 ist
ein Diagramm, das eine Grundstruktur einer herkömmlichen Rückgewinnungsvorrichtung für reines
SF6-Gas zeigt.
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2 ist
ein Diagramm, das eine Gasrückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, welches das Gastrennprinzip gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Adsorptionsmenge von Zeolithen
und dem Druck zeigt.
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5 ist
ein detailliertes Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
ein Graph, der die Adsorptionseigenschaften eines Zeoliths zeigt.
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7 ist
ein Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist
ein Diagramm, das die Gasrückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
ein Diagramm, das eine Ausführungsform
der Erfindung mit einer Mehrzahl von Gastrenneinheiten zeigt.
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10 ist
ein Diagramm, welches das Gastrennprinzip weiter erläutert.
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Gasrückgewinnungsvorrichtung
detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen spezifisch
beschrieben. Wenn dies möglich
ist, werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet,
um gleiche oder ähnliche Teile
zu bezeichnen.
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Die 2 ist
ein Diagramm, das eine Gasrückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Zwischen einer gasisolierten Vorrichtung 1 und
einem Gasverflüssigungssystem 6 ist
eine Gasabtrennvorrichtung 5 bereitgestellt. Die Gasabtrennvorrichtung 5 trennt
Stickstoffgas von dem Mischgas und konzentriert das SF6-Gas. Danach wird
das konzentrierte SF6-Gas, das geringe Mengen
an Stickstoffgas enthält,
in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet.
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Die
Gasabtrennvorrichtung 5 umfasst eine Druckänderungsadsorption
unter Verwendung eines Adsorptionsmittels mit einer. selektiven
Adsorption. Darüber
hinaus ist zwischen der Gasabtrennvorrichtung 5 und der
gasisolierten Vorrichtung 1 ein Puffertank 4 bereitgestellt,
der das Mischgas vorübergehend
lagert. Der Puffertank 4 wird unter der Bedingung betrieben,
dass das Innere des Puffertanks immer mit Druck beaufschlagt ist.
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Der
Puffertank 4 und das Gasverflüssigungssystem 6 sind
mit einer Rückführungsleitung 19 verbunden.
Die Rückführungsleitung 19 führt das
Gas in der Gasphase von dem Gasverflüssigungssystem 6 zu
dem Puffertank 4 zurück.
Die Gasphase enthält
eine geringe Menge SF6-Gas, die dem Dampfdruck
von SF6 entspricht. Ferner ist die Gasabtrennvorrichtung 5 mit
einem Lagertank 8 für
Abgas verbunden. Der Lagertank 8 sammelt das Stickstoffgas,
das von der Gasabtrennvorrichtung 5 abgetrennt worden ist.
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Das
Adsorptionsmittel 18, das Zeolithe mit etwa 10 Å (10 · 10–10 m)
zum Adsorbieren von SF6-Gas aufweist, ist
in dem Lagertank 8 für
das Abgas enthalten. Ein Filter 2 mit einem Adsorptionsmittel 2a des
Chemisorptionstyps zum Absorbieren von zersetztem Gas ist zwischen
der gasisolierten Vorrichtung und einer Pumpe 3 angeordnet.
Das Adsorptionsmittel 2a weist ein Metallhydrat wie z.B.
Ca(OH)2 auf.
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Die
vorstehend genannten Komponenten sind mit dem Rohr 13 verbunden.
Ein Ventil 14 steuert den Fluss. Eine Steuereinheit 9 steuert
die gesamte Gasrückgewinnungsvorrichtung.
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Nachstehend
wird der Betrieb der ersten Ausführungsform
beschrieben. Als erstes wird das Gas-Trennprinzip in der Gasabtrennvorrichtung
5 unter Bezugnahme auf die 2, die 3,
die 4 und die 10 beschrieben.
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Die
in der 3 gezeigten Zeolithe, die als Adsorptionsmittel
verwendet werden, sind in der Gasabtrennvorrichtung 5 enthalten.
Zeolithe sind eine generische Bezeichnung für kristalline Alkali-Alumosilikate.
Zeolithe haben die allgemeine Formel MeO · Al2O3 · mSiO2 · nH2O. Darüber
hinaus weisen Zeolithe auf ihrer Oberfläche einheitliche Poren auf.
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Da
nur ein Molekül,
das kleiner ist als die Pore, entlang eines engen Kanals der Zeolithe
hindurchtreten kann, können
die Moleküle
im Inneren adsorbiert werden, wie es in der 10 veranschaulicht
ist. Die Poren in dem Zeolith verhalten sich wie kleine Löcher, während sich
die Moleküle
von SF6 und Stickstoffgas wie kleine Bälle verhalten.
Die „Bälle" mit der gleichen
Größe wie die
Poren bleiben in den Poren stecken. Dies veranschaulicht die außergewöhnlich selektive
Adsorption oder den Molekularsieb-Effekt.
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Andererseits
unterscheiden sich das SF6-Gas und das Stickstoffgas
bezüglich
der Molekülgröße voneinander.
Die Größe der SF6-Moleküle
variiert von DS5,49 bis DL6,06 und die Größe der Stickstoffmoleküle beträgt DS3,1
bis DL4,2. Die Einheit der Größe ist A
oder 10–10 m.
DS zeigt den kürzeren
Parameter des Moleküls.
DL zeigt den längeren
Parameter des Moleküls.
Die Molekülgröße wird
aufgrund der nicht-kugelförmigen
Form des Moleküls
mit DS und DL beschrieben.
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Wenn
ein Zeolith mit einem Porendurchmesser von 5 Å (5 · 10–10 m)
verwendet wird, wird SF6-Gas nicht adsorbiert.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
das SF6-Gas größer ist als die Poren in der
Zeolithoberfläche.
Im Gegensatz dazu wird Stickstoffgas adsorbiert und die Abtrennung
von SF6-Gas wird erreicht.
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Zeolithe
weisen in der Kristallstruktur ein Metallkation auf. Das Metallkation
zieht eine polare Gruppe durch statische Elektrizität oder ein
neutrales Molekül
elektrisch durch Polarisation an. Folglich wird angenommen, dass
das Metallkation auf der Basis des vorstehend genannten Grunds breit
anwendbar ist.
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Die
Gasabtrennvorrichtung 5 trennt das Mischgas mit den Zeolithen
durch die vorstehend genannte selektive Adsorption unter Verwendung
des Druckänderungsverfahrens.
Das Grundprinzip des Druckänderungsverfahrens
besteht darin, dass die Adsorptionsmenge des Adsorptionsmittels
proportional zum Gasdruck ist. Die 4 ist ein
Graph, der die Beziehung zwischen der Adsorptionsmenge und dem Druck
zeigt.
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Die 5 ist
ein detailliertes Diagramm, das einen Hauptteil der Gasabtrennvorrichtung 5 zeigt.
Die Gasabtrennvorrichtung 5 weist zwei Adsorptionsmittelbehälter 15a und 15b auf.
Ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å-Zeolithen ist in den zwei
Adsorptionsmittelbehältern 15a und 15b enthalten.
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Nachstehend
wird das grundlegende Ablaufmuster der Ventile B1, B2, B3, B4, B5,
B6 und B7 erläutert. Die
Ventile B1 und B4 sind offen und die anderen Ventile sind geschlossen.
Darüber
hinaus ist das Ventil B4 mit der Vakuum/Kompressionspumpe 3 in
dem Zustand kombiniert, bei dem das Ventil B4 offen ist, und ein Prozess
bei vermindertem Druck wird durchgeführt.
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Als
erstes wird die Abtrennung des SF6-Gases
erläutert.
Das Mischgas in der gasisolierten Vorrichtung strömt mit Hilfe
der Vakuum/Kompressionspumpe 3 durch den Puffertank 4 zu
einer stromabwärts
liegenden Seite. Das Mischgas strömt in den Adsorptionsmittelbehälter 15a in
der Gasabtrennvorrichtung 5.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird der Adsorptionsmittelbehälter 15b durch die
Vakuum/Kompressionspumpe 3 unter verminderten Druck gehalten.
Der Adsorptionsmittelbehälter 15b befindet
sich im frühen
Regenerierungszustand und gibt das adsorbierte Stickstoffgas ab.
In dem Adsorptionsmittelbehälter 15a adsorbiert
das Adsorptionsmittel durch den Molekularsiebeffekt nur Stickstoffgas.
Andererseits strömt
SF6-Gas entlang des oberen Teils entlang
des Strömungswegs
und dessen Konzentration erhöht
sich. Schließlich
sammelt sich ein Gas mit einer hohen SF6-Gaskonzentration
im oberen Teil des Adsorptionsmittelbehälters 15a.
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Wenn
der Druck in dem Adsorptionsmittelbehälter 15a einen vorgegebenen
Druck erreicht, wird das Einströmen
von Mischgas durch das Schließen
des Ventils B1 gestoppt und konzentriertes SF6-Gas
wird durch Öffnen
des Ventils B6 wiedergewonnen. Darüber hinaus werden für eine bessere
Effizienz und Stabilität
gewöhnlich
Werte innerhalb der Grenzen von 0,2 bis 0,5 MPa verwendet.
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Anschließend wird,
während
das Ventil B6 geschlossen ist, der Strömungsweg des Mischgases durch Öffnen des
Ventils B3 in den Adsorptionsmittelbehälter 15b geändert. Folglich
wird SF6-Gas in dem Adsorptionsmittelbehälter 15b abgetrennt
und konzentriert. Als erstes wird auf der Seite des Adsorptionsmittelbehälters 15a ein
Prozess bei vermindertem Druck durchgeführt und das Stickstoffgas wird
desorbiert. Während
das Stickstoffgas durch Öffnen
des Ventils B2 abgegeben wird, wird sich das Adsorptionsmittel 16 in
dem ursprünglichen
Zustand vor dem Beginn der Adsorption durch das Adsorptionsmittel
befinden.
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Durch
Wiederholen des vorstehend genannten Vorgangs wird das Mischgas
in SF6-Gas und Stickstoffgas getrennt. Das
konzentrierte SF6-Gas wird dann in das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet.
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Wie
es vorstehend erwähnt
worden ist, kann während
des Adsorptionsvorgangs unter Verwendung eines hohen Drucks nur
Stickstoffgas adsorbiert werden, das kleiner ist als der Porendurchmesser
des Adsorptionsmittels 16. Wenn der Druck in dem Adsorptionsprozess
vermindert wird, wird das Stickstoffgas, das gegenwärtig an
dem Adsorptionsmittel 16 adsorbiert ist, desorbiert, und
schließlich
wird Stickstoffgas abgegeben. Ferner wird das Adsorptionsmittel
durch diesen Vorgang gleichzeitig wieder im ursprünglichen
Zustand vorliegen. Dann wird erneut, wenn der Gasdruck zunimmt,
die gleiche Menge wie das abgegebene Stickstoffgas absorbiert werden.
Folglich ermöglicht
der wiederholte Vorgang der Absorption und Regenerierung eine halbpermanente
Trennung des Mischgases.
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Wie
es vorstehend erwähnt
worden ist, nimmt die anfängliche
Leistung aufgrund der starken Bindung von Feuchtigkeit und von zersetztem
Gas an dem Adsorptionsmittel 16 nach und nach ab. Um in
dieser Situation ein Mischen des zersetzten Gases zu verhindern,
muss eine Reinheitskontrolle durchgeführt werden. Das in die Rückgewinnungsvorrichtung
geströmte
Gas sollte kontrolliert werden.
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Wie
es vorstehend erwähnt
worden ist, wird dann, wenn die anfänglichen 10 Vol.-% SF6-Gas bis zu 50 Vol.-% des Mischgases kondensiert
sind, der Verflüssigungsdruck
auf etwa 4 MPa bei Raumtemperatur eingestellt. Daher kann die bestehende
Verflüssigungsvorrichtung
verwendet werden und das Risiko einer Verflüssigung unter Hochdruck wird
ebenfalls beträchtlich
vermindert. Obwohl die Verflüssigung
durch Kühlen durchgeführt werden
kann, ist darüber
hinaus eine Vergrößerung der
Vorrichtung vermeidbar.
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Beispielsweise
kann der Verflüssigungsdruck
bei 20°C
auf etwa 1,3 MPa vermindert werden. Darüber hinaus kann selbst dann,
wenn der Druck der gasisolierten Vorrichtung 1 in dem Rückgewinnungsverfahren vermindert
wird und die Strömungsgeschwindigkeit
des Mischgases abnimmt, das Mischgas vorübergehend in dem Puffertank 4 gesammelt
werden. Daher kann der Betrieb nach der Gasabtrennvorrichtung 5 gestoppt werden
und eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
und Menge des Mischgases, das in die Gasabtrennvorrichtung 5 eingeführt wird,
kann durch eine Gasansammlung in dem Puffertank 4 sichergestellt
werden. D.h., eine geeignete Gasströmungsgeschwindigkeit unter
der Bedingung eines verminderten Drucks kann realisiert werden und
eine hohe Rückgewinnungseffizienz
kann aufrechterhalten werden.
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Darüber hinaus
wird dann, wenn die Gasmenge in dem Puffertank 4 fast verbraucht
ist, der Rückgewinnungsvorgang
gestoppt und die Ventile werden geschlossen, und der restliche Rückgewinnungsprozess kann
bei dem nachfolgenden Gasrückgewinnungsvorgang
für eine
andere gasisolierte Vorrichtung durchgeführt werden. Aus den vorstehend
genannten Gründen
ist ein Prozess bei vermindertem Druck in dem Puffertank 4 nicht
erforderlich.
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Andererseits
desorbiert das zersetzte Gas, das in dem Mischgas enthalten ist,
nicht. Ferner fängt
in der ersten Ausführungsform
das Adsorptionsmittel 2a des Chemisorptionstyps in dem
Filter 2 das zersetzte Gas sicher ein. Daher wird das zersetzte
Gas weder in die Gasabtrennvorrichtung 5 noch in das Gasverflüssigungssystem 6 eingetragen.
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Daher
findet eine Leistungsverschlechterung, die mit chemischen Faktoren
und physikalischen Faktoren zusammenhängt, nicht statt. Folglich
kann die Gebrauchsdauer der Vorrichtung verlängert werden. Darüber hinaus
adsorbiert das Adsorptionsmittel 18 in dem Lagertank 8 für das Abgas
nur SF6-Gas, obwohl eine sehr kleine Menge
an SF6-Gas in dem mit der Gasabtrennvorrichtung 5 abgetrennten
Stickstoffgas verbleibt. Die gleichen Effekte können unter Verwendung einer
Kolonne, die das Adsorptionsmittel 18 enthält, anstelle des
Lagertanks 8 erhalten werden.
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Die 6 zeigt
die Änderung
der SF6-Gaskonzentration eines Mischgases
mit 5 % SF6-Gas bei einem Druck von 0,2
MPa, wenn ein Adsorptionsmittel verwendet wird, das 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithe
enthält.
Die 6 zeigt, dass das Adsorptionsmittel sicher auch
eine sehr geringe Menge an SF6-Gas adsorbiert.
Darüber hinaus
wird die SF6-Gasadsorption mit einem Adsorptionsmittel 18 mit
den 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithen
gesättigt.
Daher muss, nachdem eine vorgegebene Menge an SF6-Gas
verarbeitet worden ist, während
das SF6-Gas unter dem vermindertem Druck
rückgewonnen
wird, das Adsorptionsmittel 18 in den ursprünglichen
Zustand zurückgebracht
werden.
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In
diesem Fall leitet die Vakuum/Kompressionspumpe 3 das Mischgas,
welches das Stickstoffgas als Hauptkomponente aufweist, und SF6-Gas durch das Rohr 13 in den Puffertank
4. Darüber
hinaus zeigen Experimente, dass das Adsorptionsvermögen des
Adsorptionsmittels umgekehrt proportional zur Temperatur ist. D.h.,
wenn die Temperatur gesenkt wird, nimmt die Menge des an den Zeolithen
adsorbierten SF6-Gases zu. Andererseits
nimmt die Menge des SF6-Gases, das in der
Gasphase verbleibt, ab.
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Mit
anderen Worten: Wenn die Temperatur erhöht wird, nimmt das Adsorptionsvermögen ab,
und wenn die Temperatur vermindert wird, nimmt das Adsorptionsvermögen zu.
D.h., wenn der Adsorptionsvorgang in einer kurzen Zeit stattfinden
soll, sollte die Temperatur besser 80 bis 100°C betragen.
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Da
die Abtrennungsrückgewinnung
durchgeführt
wird, wird nahezu das gesamte an die Atmosphäre abgegebene SF6-Gas
auf ein angemessenes Abgabeniveau vermindert werden. Folglich steht
das Abgabeniveau im Einklang mit der Umwelt.
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Darüber hinaus
wird, wie es in der 6 gezeigt ist, gemäß dem Experiment
sichergestellt, dass das SF6-Gas durch Zuführen des
Abgases in einen Adsorptionsmittelbehälter, der mit einem Adsorptionsmittel 18 aus
10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithen
gefüllt
ist, adsorbiert werden kann. In diesem Fall wird sich dann, wenn
der Prozess bei vermindertem Druck an einer Gasaustrittsseite durchgeführt wird,
das SF6-Gas in einem nicht-adsorbierten
Abschnitt an dem Adsorptionsmittel verteilen. Daher ist es besser,
den Prozess bei vermindertem Druck durchzuführen und das Adsorptionsmittel
von der Seite des Gaseintritts der Kolonne (nicht gezeigt) her, die
in dem Lagertank 8 für
das Abgas bereitgestellt ist, wiederherzustellen. Daher ist es nicht
erforderlich, für den
Lagertank 8 eine Falle bereitzustellen. D.h., der gleiche
Effekt, wie er vorstehend erwähnt
worden ist, kann durch Strömenlassen
des Abgases zu dem Adsorptionsmittelbehälter erreicht werden, der mit
dem Adsorptionsmittel 18 gefüllt ist, das 10 Å (10 · 10–10 m)-Zeolithe
aufweist.
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Wie
es vorstehend erwähnt
worden ist, trennt in der ersten Ausführungsform die Gasabtrennvorrichtung 5 das
Mischgas in SF6-Gas und Stickstoffgas. Bei
diesem Trennvorgang ist es bevorzugt, dass ein Mischen von SF6-Gas mit Stickstoffgas so weit wie möglich verhindert
wird. Aus diesem Grund wird dann, wenn das rückgewonnene SF6-Gas
in der Gasabtrennvorrichtung 5 zu der Pumpe 3 geleitet
wird, auch das SF6-Gas durch gleichzeitiges
Zuführen
des Stickstoffgases rückgewonnen.
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In
diesem Fall sammeln sich dann, wenn der Rückgewinnungsvorgang fortgesetzt
wird, SF6-Gas und Stickstoffgas weiter in dem
Gasverflüssigungssystem 6 an.
Mit anderen Worten: Obwohl SF6-Gas durch
das Gasverflüssigungssystem 6 verflüssigt wird,
sammelt sich das Stickstoffgas weiter nach und nach im Gaszustand
an. Daher kann der Druck in dem Gasverflüssigungssystem 6 den
zulässigen
Druck überschreiten.
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Um
dieses Problem zu verhindern, kann das Stickstoffgas in der ersten
Ausführungsform
von dem Gasverflüssigungssystem 6 durch
die Rückführungsleitung 19 in
den Puffertank 4 zurückgeführt werden.
Dadurch wird eine Verbesserung bei der Sicherheit erhalten. Ferner
verbessert sich die Rückgewinnungseffizienz des
SF6-Gases dadurch stark, dass dieses Gas
erneut durch die Gasabtrennvorrichtung 5 und das Gasverflüssigungssystem 6 geleitet
wird, obwohl SF6-Gas mit dem Stickstoffgas
gemischt bleibt. Daher kann bei der Rückgewinnung des SF6-Gases
die Menge des SF6-Abgases, das an die Atmosphäre abgegeben
wird, vernachlässigt
werden.
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Darüber hinaus
kann der gleiche Effekt, wie er vorstehend erwähnt worden ist, dadurch erhalten
werden, dass das Stickstoffgas vorübergehend in einem anderen
Behälter
gehalten und in die Gasabtrennvorrichtung 5 zurückgeführt wird,
statt das Stickstoffgas automatisch durch die Rückführungsleitung 19 zurückzuführen.
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Eine
zweite Ausführungsform
ist in der 7 und der 8 gezeigt.
Die zweite Ausführungsform
umfasst ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen in dem
Puffertank 4.
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Gemäß der 7 sind
zwei Puffertanks 4a und 4b bereitgestellt. Ferner
ist das Adsorptionsmittel 16 nur innerhalb des Puffertanks 4b enthalten.
In dieser Ausführungsform
wird der Druck des Mischgases durch Steuern des Ventils 14 vermindert
und das Mischgas wird rückgewonnen.
Die Puffertanks 4a und 4b, wobei 4b das
Adsorptionsmittel 16 aufweist, dienen zur Speicherung des
Mischgases.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann das in dem Puffertank 4b enthaltene Adsorptionsmittel 16 das zersetzte
Gas, das durch den Filter 2 hindurchtritt, zuverlässig einfangen.
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Ferner
wird das zersetzte Gas nicht in die Gasabtrennvorrichtung 5 oder
in das Gasverflüssigungssystem 6 eingetragen.
Daher ist es möglich,
die chemische Zersetzung und die physikalische Zersetzung zu verhindern
und die Gebrauchsdauer der Vorrichtung zu verlängern.
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Nur
wenn das Mischgas unter dem verminderten Druck rückgewonnen wird, kann das Mischgas
in den Puffertanks 4a und 4b gelagert werden.
Ferner kann das Mischgas nur in einem bestimmten, mit Druck beaufschlagten
Zustand durch die Puffertanks 4a und 4b zu einem
Atmosphärendruck
geleitet werden.
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Daher
kann das Mischgas zu Beginn des Rückgewinnungsvorgangs bei dem
hohen Gasdruck der gasisolierten Vorrichtung 1 schnell
rückgewonnen
werden und es kann eine Verkürzung
der Rückgewinnungszeit erreicht
werden. Da darüber
hinaus ein Adsorptionsmittel 16 mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen
verwendet wird, kann das Ausmaß der
Adsorption des SF6-Gases vermindert werden.
Ferner ist es möglich,
ein Molekül,
das größer als
5 Å (5 · 10–10 m)
ist, schnell aus dem zersetzten Gas zu entfernen.
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Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, den Prozess unter vermindertem Druck nicht in
den Puffertanks 4a und 4b durchzuführen, sondern
einen Betriebsstop in dem Zustand durchzuführen, bei dem ein geringfügiger Druck
angelegt worden ist. D.h., dadurch kann durch Anlegen eines Drucks
von etwa 0,1 bis 0,2 MPa für
eine gewisse Zeit verhindert werden, dass das zersetzte Gas von
dem Adsorptionsmittel desorbiert wird. Ferner kann für die Gasabtrennvorrichtung
in einer anderen Ausführungsform
ein Film verwendet werden. D.h., als Gegenstand zum Anpassen der
Auflösung
an eine molekulare Größe kann
z.B. ein Filmmaterial in Betracht gezogen werden. Beispielsweise
kann ein aus einem Makromolekül
hergestelltes Filmmaterial verwendet werden.
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Als
weitere Ausführungsform
kann die Gasrückgewinnungsvorrichtung
mehrere Gasrückgewinnungseinheiten
aufweisen. Diese Ausführungsform
ist in der 9 veranschaulicht. Beispielsweise
wird das Mischgas zunächst
zu einer ersten Gasabtrenneinheit 21 geleitet und die erste
Gasabtrenneinheit 21 gewinnt konzentriertes SF6-Gas
zurück.
Dann wird das von der Gasrückgewinnungsvorrichtung
abgegebene Gas zu einer zweiten Gasabtrenneinheit 23 geleitet.
Die zweite Stufe der Gasabtrenneinheit 23 konzentriert
das SF6-Gas, das in einer sehr geringen
Menge enthalten ist.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
können
ein SF6-Gas mit hoher Reinheit und die Verminderung
des Verflüssigungsdrucks
des SF6-Gases durch die Durchführung einer
Mehrzahl von Gasabtrennvorgängen
erhalten werden.
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Darüber hinaus
betrifft eine weitere Ausführungsform
die Seite der gasisolierten Vorrichtung, um die Gasrückgewinnung
einfach zu machen. In dieser Ausführungsform ist ein Adsorptionsmittel
mit 5 Å und
10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen
als Material zur Entfer nung von zersetztem Gas und als Trocknungsmittel
in der gasisolierten Vorrichtung 1 enthalten. Um einen
trockenen Zustand in der gasisolierten Vorrichtung zu erhalten und
als Adsorptionsmittel für
die Entfernung des zersetzten Gases ist die Ausführungsform dadurch gekennzeichnet,
dass es ein Adsorptionsgemisch mit 5 Å und 10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen
umfasst.
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Bezüglich des
Verhältnisses
des Adsorptionsmittels mit 5 Å und
10 Å (5 · 10–10 m
oder 10 · 10–10 m)-Zeolithen
ist es bevorzugt, dass die erstgenannten Zeolithe in einer Menge
von mehr als 80 Gew.-% und die letztgenannte Zeolithe in einer Menge
von weniger als 20 Gew.-% vorliegen.
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Die
Menge des erzeugten SO2F2 ist
verglichen mit dem erzeugten SOF2 gering
und es ist bekannt, dass sie gewöhnlich
1/10 oder weniger beträgt.
In dieser Ausführungsform
weist das Adsorptionsmittel in der gasisolierten Vorrichtung 1 zwei
Arten der Porengröße auf,
nämlich
Poren mit einer Größe von etwa
5 Å (5 · 10–10 m)
und 10 Å (10 · 10–10 m)
in dem vorstehend angegebenen Verhältnis.
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Das
Ausmaß der
SF6-Gasabsorption in der gasisolierten Vorrichtung 1 kann
minimiert werden, während
die Adsorptionsleistung bezüglich
des zersetzten Gases aufrechterhalten wird. D.h., das SF6-Gas tritt für einen langen Zeitraum nicht
aus der gasisolierten Vorrichtung 1 aus, wenn eine Rückgewinnung
bei vermindertem Druck durchgeführt
wird. Folglich kann der Zeitraum, der für die Rückgewinnung erforderlich ist,
verkürzt
werden, und die Rückgewinnungseffizienz
wird verbessert.
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Erfindungsgemäß kann die
SF6-Gas-Rückgewinnungsleistung dadurch
verbessert werden, dass die Rückführungsleitung
bereitgestellt und das Gas in der Gasphase in dem Gasverflüssigungssystem
zu dem Mischgaseinführungsabschnitt
zurückgeführt wird.
Darüber
hinaus werden erfindungsgemäß SF6-Gas und andere Isoliergase mit einer speziellen
Adsorptionswirkung des Adsorptionsmittels effizient abgetrennt werden.
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Durch
diese Abtrennung kann eine Verkürzung
der Rückgewinnungszeit
erreicht werden und die SF6-Gaskonzentration
und die Rückgewinnungseffizienz
unter vermindertem Druck werden erhöht. Ferner wird erfindungsgemäß eine lange
Gebrauchsdauer der Vorrichtung dadurch ermöglicht, dass das zersetzte Gas,
das von der gasisolierten Vorrichtung abgegeben wird, entfernt wird.
Ferner kann eine Optimierung der Kombination und des Verhältnisses
des Adsorptionsmittels in der gasisolierten Vorrichtung erreicht
werden und es kann eine hervorragende Rückgewinnungseffizienz erreicht
werden.
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Die
japanische Prioritätsanmeldung
Nr. PH 11-282045, die am 1. Oktober 1999 angemeldet worden ist,
wird einschließlich
der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und der Zusammenfassung
in diese Beschreibung unter Bezugnahme einbezogen.