JP2001087617A

JP2001087617A - Ｓｆ６ガス回収装置

Info

Publication number: JP2001087617A
Application number: JP2000010142A
Authority: JP
Inventors: Kazukiyo Takano; 和潔高野; Koichi Okuma; 光一大熊
Original assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP4439655B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被回収容器内のＳＦ６ガスを大気中に漏出す
ることなくほぼ全量を回収する。【解決手段】被回収容器内のＳＦ６ガスを加圧部や、
ＰＳＡ式のガス分離部２によりＳＦ６ガスとその他の大
気成分に準じたガスとに分離してＳＦ６ガスのみを取り
出し、冷却して液化したＳＦ６ガスを回収するＳＦ６ガ
ス回収装置において、そのガス分離部のサイクルタイム
をＳＦ６ガスの濃度を計測した値により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳＦ６ガス（６フ
ッ化硫黄ガス，以下同じ）の回収に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＦ６ガスは高電圧電力用トランスや
電力回路の遮断器に充填し、その熱的安定性，電気的安
定性，高絶縁耐圧性を生かして装置の小型化を可能に
し、都市の変電所の小容積化でその社会に対する貢献は
大きい。トランスや遮断器に充填されているＳＦ６ガス
はその純度１００％のものや窒素ガスにより適度にうす
めて充填されるものがある。それ等が用いられている機
器の点検保守，修理のときはこれ等のガスを抜き出さな
ければならないが、従来はこれ等のガスによる人体等へ
の害は少ないので大気中に放出して廃棄していた。しか
し、ＳＦ６ガスは高価なガスであるため経費的に容易に
回収再利用できる範囲の回収装置は従来よりあり、回収
して再利用していた。すなわち、ＳＦ６ガスを抜取って
加圧し、圧縮冷却して液化回収する装置はあったが、被
回収容器内を高真空域まで吸引して回収したり、他のガ
スが混合しているガスを分離してＳＦ６ガスのみを回収
する装置などはなかった。

【０００３】近年、地球温暖化防止のために炭酸ガス
等の放出が規制されるようになってきた。１９９７年世
界環境会議が京都で開催され、その結果炭酸ガスの２４
０００倍の温暖化係数を持つＳＦ６ガスもそのガスを大
気中に放出することを厳しく規制されるようになった。
ＳＦ６ガスを大気中に漏出する事が無いようにするため
には、「イ」充填機器のシール部より漏れて漏出するガスを無
くする。「ロ」機器据付時，保守修理時，解体廃棄時等で、ガス
充填や抜取に係わるときに廃棄されるガスを無くするこ
とが重要である。この「イ」については、機器のシール
部の改良により現在は大変少なくなっている。また
「ロ」については、電力業界は電気共同研究会により
「電力用ＳＦ６ガス取扱い基準」を平成１０年１２月に
自主制定し、そのガスを大気中に放出することを規制す
ることとした。すなわち、１００％純度ガスの充填を
ベースに点検修理時は０．０１５ＭＰａ・ａｂｓ（回収
率９７ｖｏｌ％以上）解体撤去時は０．００５ＭＰａ・
ａｂｓ（回収率９９ｖｏｌ％以上）の真空域まで吸引回
収する自主基準を作成した。高真空域まで回収すると回
収に長時間を要する欠点を生ずる。点検時の回収率が低
いのは装置停止による停電の時間を可能な限り短くする
ための妥協値であり、撤去時は十分に時間をとって真空
引きするようになっている。すなわち高真空域まで吸引
回収し、大気中への漏出量を少なく押さえている。

【０００４】電力業界としては２００５年までに上記
基準に合う回収装置を開発し、実施することとしてい
る。不活性ガスである窒素ガスを５０ｖｏｌ％混入して
もインパルス破壊電圧はＳＦ６単独ガス時の８５％，商
用周波数破壊電圧は同９６．６％であり、性能低下が少
ないのでＳＦ６ガスをトランスや遮断器に封入する際に
窒素ガスによりうすめて使用するメーカーと高純度のＳ
Ｆ６ガスを使用するメーカーとがある。従来はこのよう
な窒素ガスが混入したガスは回収しにくいガスであった
ため、点検や廃棄時にその多くは大気中に放出廃棄して
いた。ＳＦ６ガスを分離濃縮する装置はなく、また窒素
ガスまたは空気と混合しているＳＦ６ガスの濃度を測定
する濃度計もない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】被回収容器（トラン
スや遮断器）よりＳＦ６ガスを大気中に漏出することな
くほぼ全量を回収することであり、被回収ガス中に窒素
ガスや空気の混入があってもそれを分離し、回収できる
ようにすること。更にＳＦ６ガスの濃度を測定し、被回
収ガスのＳＦ６ガス濃度が変わっても正常に分離ができ
るようにする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は上記課
題を解決するため、臨界温度４５．６４℃，臨界圧力
３．６６ＭＰａ・Ｇ，融点−５０．８℃，昇華点−６
３．８℃のＳＦ６ガスの特徴を考慮し、さらに被回収容
器としてのトランス又は電路の遮断器は密閉容器であ
り、その中にＳＦ６ガスが高圧（約０．６ＭＰａ・Ｇ〜
０．３ＭＰａ・Ｇ）で充填されている。前述のように被
回収ガスはＳＦ６ガス１００％のものと窒素ガス等によ
りうすめられている場合がある。この混入ガスが存在し
ていてもこれをＳＦ６ガスと分離するガス分離部を設け
る。ガス分離部には特定ガスを吸着する吸着剤を用いる
ＰＳＡ法によるガス分離法であってこの吸着剤には分離
対象ガスを吸着し、除去する吸着剤を用いる方法と分離
対象ガスをほとんど吸着せず、混合する窒素や空気の方
を吸着し、除去する吸着剤を用いる方法がある。どちら
の方法においても吸着筒に充填される吸着剤の量が一定
であるため被回収ガス中のＳＦ６ガス濃度により被回収
ガスの導入量を変更しなければならない。今、後者の例
であるとガス分離部は、ＳＦ６ガスをほとんど吸着せ
ず、ＳＦ６ガス以外の窒素ガス等を吸着する吸着剤、例
えばゼオライトを用いるＰＳＡ法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）によるガス分離部
である。

【０００７】これは上記能力を有する吸着剤を吸着筒
に充填して、圧力を加えながら混合された原料ガスを送
入すると、混合ガス中に含まれたガスの内、該吸着剤に
吸着され易いガスが吸着剤に吸着されて除かれ、非吸着
ガスであるＳＦ６ガスが濃縮されて他端から取り出せる
（加圧吸着工程）ガス分離部である。尚、吸着剤に吸着
したガスは吸着筒を減圧する（吸着剤に加わる吸着ガス
の分圧を下げてやる）と吸着剤より離脱し、吸着剤の再
生が行われ、吸着能力が回復する。（再生工程）その加圧吸着工程と再生工程を繰り返しながらガスを分
離する方法である。すなわち、ゼオライトは窒素ガスや
炭酸ガス，水分を良く吸着除去する、酸素ガスはわずか
に吸着するのでＳＦ６ガスとこれ等のガスが混合してい
るガスからＳＦ６ガスを分離するガス分離部に吸着剤と
して使用する。

【０００８】そして、ガス分離部で分離したＳＦ６以
外のガスは窒素ガスと酸素ガスであり、大気を構成する
ガスと同一であるので大気中に放出する。再生工程にお
いて、大気中に放出されるこの排気ガスはＳＦ６ガスを
含まなくする必要があり、吸着工程の終わった吸着筒内
にＳＦ６ガスが残らないよう、吸着工程と再生工程の間
に均圧工程を入れる。以上は分離対象ガスのＳＦ６ガス
を吸着しないか又は弱吸着性ガスとする吸着剤（例えば
ゼオライト５Ａ）を用いるＰＳＡ方式のガス分離部であ
るが、分離対象ガスのＳＦ６ガスを吸着する吸着剤（例
えば分子篩炭）を用いるＰＳＡ方式によるガス分離部も
構成でき、多少その操作方法は変わる。すなわち、吸着
工程で吸着剤にＳＦ６ガスを吸着させ、再生工程で減圧
することにより、吸着剤に吸着したＳＦ６ガスを脱着し
て製品ガスとして取り出し分離するとともに吸着剤を再
生する。そしてこの加圧吸着工程と再生工程のサイクル
を繰り返すことに変わりはない。

【０００９】しかしＰＳＡ方式によるガス分離装置は
ＳＦ６ガスと混合している分離すべきガスを吸着する吸
着剤を吸着筒に充填し、被回収ガスを該吸着筒に供給
し、吸着剤に吸着させて、ＳＦ６ガスを分離するのであ
るが、被回収ガス中に含まれるＳＦ６ガスの濃度が変化
してくると、吸着筒内のガスを吸着する吸着剤の量が一
定であるため、一定ガス流量を供給している場合、その
供給する時間を変更する必要が生じる。すなわち、ＰＳ
Ａのサイクルタイムを濃度に連動して変える必要があ
る。このためＳＦ６ガスの濃度を直接もしくは、ＳＦ６
ガスに混合している他のガスの濃度を測定し、間接的に
測定する必要がある。しかるにＳＦ６ガスに混合するガ
スは主に窒素ガスが用いられている。このＳＦ６ガス又
は窒素ガスの濃度をオンタイムで測定する市販の濃度計
が無い。

【００１０】これについて鋭意研究し、ＳＦ６ガスと
これに混合している混合ガスの熱伝導度に違いがあるこ
とに気がついた。この熱伝導度は熱伝導真空計を用いて
真空度を測定しているとき、気体の分子量により感度が
変わる事にヒントがあった。すなわち気体中にある高
温物体からその単位面積より失う熱量Ｑは次式で表され
る。

【００１１】

【数１】

【００１２】ここでＴ１，Ｔ２は円筒形状のそれぞれ
表面から面射されていく気体分子及び表面に入射してい
く気体分子の温度であり、低圧力範囲では真空容器及び
高温気体の温度、それぞれの表面の適応係数によって一
義的に決まる。Ｒはガス定数，γは比熱比，Ｐは圧力，
Ｍは分子量であり、ガスの種類を固定すればＱは圧力に
比例し、圧力を固定すれば気体の自由分子熱伝導度に比
例する。

【００１３】気体の熱伝導度は分子量に対して次式を
あてはめた値に比例する。

【００１４】

【数２】

【００１５】このような気体の熱伝導現象を利用した
ものが熱伝導真空計である。フィラメントに電流を流し
て高温にして測定する方法に次のようなものがある。「１」フィラメントに一定電流を流して圧力の変化をフ
ィラメントの温度変化として検出する（定電流型）。「２」フィラメントに一定電圧を印加して、圧力の変化
をフィラメントの温度変化として検出する（定電圧
型）。「３」フィラメントの温度が常に一定となるように電圧
又は電流を制御し、圧力の変化を電力の変化として検出
する（定温度型）。

【００１６】これらのうち定温度型が原理的にフィラ
メント末端からの熱損失や熱放射による影響が入ってこ
ないので優れている。フィラメントをホイーストンブリ
ッジの抵抗のひとつに組み込んで制御する方法がすぐれ
ており一般にこのホイーストンブリッジを用いた真空計
はピラニ真空計（Ｐｉｒａｎｉｇａｕｇｅ）と呼ばれ
る。

【００１７】半導体の電気抵抗は著しく温度に依存す
るので、真空計のフィラメントの代わりにサーミスタを
利用したサーミスタ真空計がある。これは感度は高い
が、反面周囲温度の変化に対する影響が大きい。このよ
うに気体中に置かれた高温物体から気体への熱伝導現象
を用いて真空計に用いられた方法と同様に圧力を一定と
し気体の熱伝導度の測定に用いる。すなわち熱伝導度の
異なる２種類のガスの混合比をその熱伝導度を測定する
ことにより推定しようとするものである。例えばこれら
の気体の熱伝導度の違いを、次の表に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】容器に被測定ガスを導入して圧力を一定
にしてこれを前記熱伝導真空計を流用して気体の熱伝導
度を測定する。以降、これを熱伝導度計という。この方
法によれば混合されるガスの熱伝導度が判っており、両
者に差異があれば、その熱伝導度を測ることにより混合
比（濃度）が測定できる。すなわちＳＦ６ガスと空気と
の混合の場合もその濃度が計測できる。

【００２０】以上この方法によるガス濃度計測部を用
いたＳＦ６ガス回収装置をまとめると、吸着剤を充填し
た吸着筒を有するＰＳＡ方式によるガス分離部とＳＦ６
ガス濃度計測部を有するＳＦ６ガス回収装置において、
被回収容器より被回収ガスを取り出して該ガス分離部に
送入し、加圧吸着工程と減圧再生工程のサイクルを繰り
返す前記のガス分離部のサイクルタイムを、該ＳＦ６ガ
ス濃度計測部の容器中に被測定ガスを導入してその圧力
を一定に保った雰囲気内に高温発熱体をおき、この高温
発熱体の温度を計測して得た温度値から演算して得たＳ
Ｆ６ガスの濃度値により変更するようにしたＳＦ６ガス
回収装置である。なお、高温発熱体の作動中の温度は、
約１５０℃〜４００℃、好ましくは約２００℃が適当で
ある。

【００２１】あるいは、吸着剤を充填した吸着筒を有
するＰＳＡ方式によるガス分離部とＳＦ６ガス濃度計測
部を有するＳＦ６ガス回収装置において、被回収容器よ
り被回収ガスを取り出して該ガス分離部に送入し、加圧
吸着工程と減圧再生工程のサイクルを繰り返す前記のガ
ス分離部のサイクルタイムを、該ＳＦ６ガス濃度計測部
の容器中に被測定ガスを導入して、その圧力を一定に保
った雰囲気内に高温発熱体をおき、この高温発熱体の温
度が該被測定ガスの濃度の如何にかかわらず一定に保つ
ように制御し、このときの該高温発熱体に加えられる電
力を測定して得た電力値の関数として演算して得たＳＦ
６ガスの濃度値に基づいて変更するようにしたＳＦ６ガ
ス回収装置である。

【００２２】また、被回収容器の被回収ガス中の特定
ガスを吸着する吸着剤を充填した吸着筒を有するＰＳＡ
方式によるガス分離部とＳＦ６ガス濃度計測部を有する
ＳＦ６ガス回収装置において、被回収容器より被回収ガ
スを取り出し、該ガス分離部に送入し、加圧吸着工程と
減圧再生工程とを繰り返すＰＳＡ方式によるガス分離部
のサイクルタイムを該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に
被測定ガスを導入し、その圧力を一定に保ち熱伝導度計
により、ガス熱伝導度の違いにより得た濃度値により変
更するようにしたＳＦ６ガス回収装置である。

【００２３】

【実施例】図１に好ましい１実施例のＳＦ６ガス分離
部のフローシートを示す。ＳＦ６ガス回収装置はトラン
スや遮断器である被回収容器の中に充填されているＳＦ
６ガスを回収するものである。このＳＦ６ガス回収装置
の構成はガス分離部，ＳＦ６ガス濃度計測部，ガス供給
部，加圧部，液化部及び液化ＳＦ６ガスを貯蔵する貯液
器より成っている。このフローシートではガス分離部２
とＳＦ６ガス濃度計測部３のみを示す。ＳＦ６ガスの蒸
発圧は例えば０℃で１．２２ＭＰａ・Ｇであるので被回
収ガスを抜き出して加圧部で２．５４ＭＰａ・Ｇに加圧
し、冷却部で０℃以下に冷却すれば５０ｖｏｌ％以上の
ＳＦ６ガスは液化回収することができる。被回収容器に
は通常０．３ＭＰａ・Ｇから０．６ＭＰａ・Ｇの圧力で
ＳＦ６ガスが封入されている。その濃度は１００ｖｏｌ
％から、窒素ガスでうすめられても５０ｖｏｌ％以上の
濃度で封入されているが、その濃度はいくらであっても
限定されるものではなく、本発明には関係ない。

【００２４】被回収容器より加圧部に被回収ガスを導
入し、加圧ポンプにより２．６４ＭＰａに加圧し、これ
を冷却部，液化タンク，電磁弁で構成する液化部で２０
℃以下に冷却し、ＳＦ６ガスを液化回収する。液化ＳＦ
６は貯液器に貯える。被回収ガス中のＳＦ６ガス濃度が
５０ｖｏｌ％以下の場合、前記圧力と温度では液化回収
が出来なくなるので、ガス分離部２に導入口１より被回
収ガスを導入し、ＳＦ６ガスを分離濃縮する。すなわち
ＳＦ６ガス以外の窒素ガス他を吸着する吸着剤を充填し
た吸着筒５，６と電磁弁１６〜２３と真空ポンプ１０と
その制御部１５で構成されるガス分離部２の一方の吸着
筒５に電磁弁１６を開いて被回収ガスを導入すると吸着
筒５内の吸着剤に被回収ガス中のＳＦ６ガス以外のガス
が吸着されて除去されるのでＳＦ６ガスが濃縮されて吸
着筒の他端出口より電磁弁２０，２２を通って導出す
る、これを吸着工程という。

【００２５】この導出したガスはバッファタンク８に
貯留される。吸着筒５の吸着剤に窒素ガス等が吸着し、
満杯になる少し前に電磁弁１６，２２を閉とし、被回収
ガスの導入とＳＦ６ガスの導出を中止し、再生工程の終
了している吸着筒６の入口の電磁弁１６と１８，出口の
電磁弁２０，２１を開とし、吸着工程の終了した吸着筒
５から再生工程の終了している吸着筒６に、吸着筒５内
や入口・出口導管内に残留するＳＦ６ガスを吸着筒６に
移動させる均圧工程を行った後、吸着筒５の電磁弁１６
と２０を閉とし、電磁弁１７と２３を開にして大気に開
放し吸着筒５の圧力を大気圧まで減圧すると吸着剤に吸
着している窒素ガス等が離脱して、大気中に排出され
る。続いて電磁弁２３を閉として、真空ポンプ１０によ
り真空域まで引いて吸着剤の再生を十分に行う。（再生
工程）これ等電磁弁類の開閉を制御部１５にて行う。
（但し、電磁弁への配線の記載は図面が複雑になるので
省略してある）吸着筒６は電磁弁１８を開にして、被回収ガスを導入
し、濃縮したガスを電磁弁２１，２２よりバッファタン
ク８に導入する。ＳＦ６ガスの分離は上記吸着工程，均
圧工程，再生工程をそれぞれ定められた時間行うサイク
ルを繰り返すことにより行う。しかし、ＳＦ６ガス濃度
によりその定められた時間を変更する必要がある。

【００２６】すなわち、図１に示すＳＦ６ガス濃度計
測部３でＳＦ６ガス濃度を計測する。これは減圧弁４よ
り一定圧で測定対象ガスをＳＦ６ガス濃度計測部３の容
器７へ導入する。導入ガス中に一定温度の高温物体（フ
ィラメント）を置き、これに供給する電力を測定するこ
とにより、ガス熱伝導度を測定する熱伝導度計により、
ＳＦ６及び混合ガスの割合（濃度）を算出できる。これ
をガス分離部２の制御部１５に伝えてサイクルタイムの
時間を変更する。

【００２７】このガス分離部２で使用する吸着剤は例
えばゼオライトで良く、他にも窒素ガスを吸着するもの
であれば使用可能で、ゼオライトは１３Ｘタイプ，５Ａ
タイプがあり、５Ａタイプを本実施例で使用している。

【００２８】

【発明の効果】本発明を実施することにより、従来、
回収困難であった混合ガスからＳＦ６ガスのみを分離
し、ＳＦ６ガスを回収することができるという優れた作
用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な１実施例のフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１導入口２ガス分離部３ＳＦ６ガス濃度計測部４減圧弁５，６吸着筒７容器８バッファタンク９熱伝導度計１０真空ポンプ１１〜１４放出口１５制御部１６〜２３電磁弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着剤を充填した吸着筒を有するＰＳＡ
方式によるガス分離部とＳＦ６ガス濃度計測部を有する
ＳＦ６ガス回収装置において、被回収容器より被回収ガ
スを取り出して該ガス分離部に送入し、加圧吸着工程と
減圧再生工程のサイクルを繰り返す前記のガス分離部の
サイクルタイムを、該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に
被測定ガスを導入して、その圧力を一定に保った雰囲気
内に高温発熱体をおき、この高温発熱体の温度を計測し
て得た温度値から演算して得たＳＦ６ガスの濃度値に基
づいて変更するようにしたことを特徴とするＳＦ６ガス
回収装置。
【請求項２】吸着剤を充填した吸着筒を有するＰＳＡ
方式によるガス分離部とＳＦ６ガス濃度計測部を有する
ＳＦ６ガス回収装置において、被回収容器より被回収ガ
スを取り出して該ガス分離部に送入し、加圧吸着工程と
減圧再生工程のサイクルを繰り返す前記のガス分離部の
サイクルタイムを、該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に
被測定ガスを導入して、その圧力を一定に保った雰囲気
内に高温発熱体をおき、この高温発熱体の温度が該被測
定ガスの濃度の如何にかかわらず一定に保つように制御
し、このときの該高温発熱体に加えられる電力を測定し
て得た電力値の関数として演算して得たＳＦ６ガスの濃
度値に基づいて変更するようにしたことを特徴とするＳ
Ｆ６ガス回収装置。
【請求項３】被回収容器の被回収ガス中の特定ガスを
吸着する吸着剤を充填した吸着筒を有するＰＳＡ方式に
よるガス分離部とＳＦ６ガス濃度計測部を有するＳＦ６
ガス回収装置において、被回収容器より被回収ガスを取
り出し、該ＳＦ６ガス分離部に送入し、加圧吸着工程
と、減圧再生工程とを繰り返すＰＳＡ方式によるガス分
離部のサイクルタイムを該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器
中に被測定ガスを導入し、その圧力を一定に保ち熱伝導
度計により、ガス熱伝導度の違いより得た濃度値により
変更するようにしたことを特徴とするＳＦ６ガス回収装
置。