JP2013162647A - 発電機冷却用水素ガス乾燥装置及び運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥剤の湿分吸収や劣化の状態の判断が容易であり、高温多湿状態であっても乾燥運転及び再生運転が適切に行えるとともに、乾燥剤の有効活用を図る。
【解決手段】 発電機２に接続される水素ガスの入出力管３０、３１を備えた水素ガス乾燥器４と、前記乾燥器内に設置された白色系乾燥剤１０と、前記出力管に設けられた水素ガス露点検出器１４と、前記露点検出器に付設され、露点温度を表示する水素ガス露点計１５と、前記白色系乾燥剤を再生する加熱装置１２とを備えた発電機冷却用水素ガス乾燥装置において、
前記露点温度に基づいて前記乾燥剤の吸湿率を算出し、前記吸湿率に応じて前記加熱装置の温度制御を行うことを特徴とする発電機冷却用水素ガス乾燥装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発電機冷却用の水素ガスの乾燥装置及び同装置の運転方法に関する。

従来、発電機内部の冷却は乾燥した水素ガスを発電機内部に循環することにより行われている。しかし、ガス循環の起動当初やガス置換時にはガス中に湿分が残っており、この湿分を除去する必要がある。

そのため、発電機には内部の水素ガスを乾燥させるために乾燥剤を用いた乾燥装置が付設されている。乾燥剤は通常、青ゲルと呼ばれる活性アルミナが使用されており、乾燥状態では青色を呈しているが、湿分吸収により徐々に白色に変化するので、操作者が色の変化を認識することにより湿分吸収の程度を把握することができる。
また、乾燥装置には乾燥用ヒータ及び真空ポンプが設けられており、湿分を吸収した乾燥剤を加温しながら真空乾燥することにより乾燥剤を再生している。

特開平８−３３１８０８号公報

従来の発電機に接続された水素ガス乾燥装置の概略図を図６に示す。
図６において、タービン１には発電機２が直結されており、発電機２内部には冷却のために水素ガスが充填されている。機内に充填されている水素ガスは、発電機２の駆動軸に設けられた回転子ファン３により発電機２内部を循環しており、回転子ファン３の入口側と出口側の水素ガスの圧力差によって、入口側配管３０が設けられた水素ガス乾燥器４（以下、乾燥器４と記す。）に入り、脱湿されて出口側配管３１から発電機２内部に戻る構成となっている。

乾燥器４は上記入口側配管３０、出口側配管３１に加えて、主に乾燥剤ケース６、乾燥剤ケース６を収納する乾燥筒５、後述するヒータ１２の制御や水素ガスの出入等を制御する制御装置７等を備えている。
乾燥筒５には、水素ガス入口弁８、水素ガス出口弁９、乾燥筒５内部に入れられた乾燥剤１０の吸湿状態を確認する為の点検窓１１が設けられている。

乾燥剤１０は乾燥剤ケース６に入れて乾燥筒５に収めてあり、また乾燥剤ケース６には、吸湿状態の乾燥剤を加熱し吸湿能力を再生するためのヒータ１２と、加熱時の温度を自動制御するためのサーモスタット１３が設けられている。

この従来例では、乾燥剤１０の吸湿状態に応じた色の変化を点検窓１１から確認し、吸湿が相当進んでいる場合は制御装置７に設置されているスイッチを入れ、ヒータ１２を加熱させることで乾燥剤１０の再生運転を行っている。

ところで、従来の乾燥器内で使用されている乾燥剤には上述のとおり、青ゲルと呼ばれる活性アルミナが使用されているが、活性アルミナにはインジケータとしての塩化コバルトが含まれている。塩化コバルトはグリーン調達ガイドライン２００３年６月１日版により使用禁止とされており、湿分吸収により青色から白色へ変色する乾燥剤を使用せず、白色から色変化のないノンコバルト系の乾燥剤を使用する傾向にあるため、乾燥剤の湿分吸収や劣化の状態の判断が極めて困難となっている。

これに対し、前述した特開平８−３３１８０８号公報に係る従来技術には、水素ガスの湿度を検出する湿度スイッチを設け、該スイッチは水素ガスの湿度が所定値以上になると動作し、乾燥剤が吸湿状態にあると判定され自動的に乾燥運転から再生運転に切り替わることが開示されている。
この従来技術では、湿度スイッチは水素ガスの湿度が所定の設定値に達すると自動的にオンするが、高温多湿状態では測定精度が悪くなり、水素ガスの湿度が所定の値未満であっても稀にスイッチが誤動作してオンとなり、まだ乾燥運転が可能であるにもかかわらず再生運転に入ってしまうという問題があった。

また、この従来技術では、乾燥剤の吸湿率と露点温度との関係などが適切に把握されておらず、乾燥剤の十分な有効利用が図られていない問題があった。
なお、吸湿率は、（乾燥剤の吸湿量−乾燥剤の乾燥質量）／乾燥剤の乾燥質量*１００で定義され、露点温度とは水蒸気を含む空気を冷却したとき、凝結が始まる温度をいう。

さらに、上述のように水素ガスは発電機２内の回転子ファン３の入口と出口の圧力差により、乾燥器４内に入り脱湿されて発電機２内に戻ることになるが、このような水素ガスの循環系統では乾燥器４に発電機２機内から霧状の油を含んだ水素ガスが流入する可能性があり、流入した油分が乾燥剤１０及び乾燥器４内に付着することによって乾燥剤１０が劣化して吸湿性が損なわれる問題があった。

上記課題を解決するために、各実施形態の発電機冷却用水素ガス乾燥装置は、発電機に接続される水素ガスの入出力管を備えた水素ガス乾燥器と、前記乾燥器内に設置された白色系乾燥剤と、前記出力管に設けられた水素ガス露点検出器と、前記露点検出器に付設され、露点温度を表示する水素ガス露点計と、前記白色系乾燥剤を再生する加熱装置とを備えた発電機冷却用水素ガス乾燥装置において、前記露点温度に基づいて前記乾燥剤の吸湿率を算出し、前記吸湿率に応じて前記加熱装置の温度制御を行うことを特徴とする。

以下に述べる各実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、乾燥剤の湿分吸収や劣化の状態の判断が容易であり、高温多湿状態であっても乾燥運転及び再生運転が適切に行えるとともに、乾燥剤の有効活用を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る発電機冷却用水素ガス乾燥装置の構成図 本発明の第１実施形態に係る吸湿度と露点温度の関係を表す曲線 本発明の第２実施形態に係る発電機冷却用水素ガス乾燥装置の構成図 本発明の第３実施形態に係る発電機冷却用水素ガス乾燥装置の構成図 本発明の第４実施形態に係る発電機冷却用水素ガス乾燥装置の構成図 従来例を示す構成図

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る発電機冷却用ガス乾燥装置を、図１、図２を用いて説明する。

図１において、発電機冷却用ガス乾燥装置は、従来と同様の構成として、乾燥器４、乾燥器４に設置された乾燥剤１０、乾燥器４に発電機２から流入してくる水素ガスの入口側配管３０、発電機２に乾燥器４から流出していく水素ガスの出口側配管３１、水分を吸湿した乾燥剤１０を再生するためのヒータ１２、制御装置７などを備えている。

本実施形態においては、出口側配管３１には検出用配管３２が分岐され、乾燥器４から流出する水素ガスの一部が流入し、水素ガス中の水分を水素ガス露点検出器１４により検出するとともにその検出値を露点温度として水素ガス露点計１５に表示する。表示手段はデジタル、アナログを問わず操作者が視認しやすい様々な形態で表示される。また、水素ガス露点検出器１４と制御装置７とは、水素ガス露点検出器１４で検出された露点温度から制御装置７の制御に必要な各種パラメータ等を演算する演算装置１６を介して伝送線１７により接続されている。

水素ガス露点検出器１４は、高温多湿状態であっても検出精度が良好なものが利用できる。
乾燥器４に設置される乾燥剤１０は合成ゼオライトなどを主成分とする白色系のもので、一般的には分子篩と呼ばれるモレキュラーシーブ(商品名)が好適であり、その形態はビーズ、ペレット、パウダなどいずれのものでも良い。

図２は乾燥剤の吸湿率と露点計の露点温度との関係を概念的に表す曲線であり、吸湿率が１００％の飽和状態に近づくほど露点温度は高い値を示すことになる。図示した曲線は、使用する乾燥剤の種類や水素ガス中の水分の量に応じて変化する。

ここで、乾燥剤１０がその再生を必要とする所定の基準露点温度に達した場合、吸湿率の高い状態の乾燥剤１０を加熱乾燥させて再生することになるが、再生開始時から高温で急速に加熱すると、特に本実施形態に好適な白色系の乾燥剤は吸湿性能が著しく低下するので、徐々に加熱温度を上昇させ吸湿性能の低下がない程度の加熱時間で過熱することが望ましい。なお、白色系の乾燥剤は従来の青色系ものと比べて再生時間は短縮化されており、徐々に加熱温度を上昇させたとしても大幅な再生時間の超過となることはない。

制御装置７では、従来と同様にヒータ１２の加熱温度などの制御や水素ガスの出入等を制御することに加えて、水素ガス露点検出器１４から露点温度データなどが取込まれ、上記図２で示す曲線をデータとして記憶する図示しない記憶装置、演算装置、表示装置などを備えて、露点計１５の露点温度の表示に基づいて前記乾燥剤１０の吸湿率を算出するとともに、前記吸湿率に応じて前記加熱装置の温度制御を自動、あるいは手動で行い、最適な加熱温度による乾燥剤の再生を可能としている。

本実施形態によれば、乾燥剤の湿分吸収や劣化の状態の判断が容易であり、高温多湿状態であっても乾燥運転及び再生運転が適切に行えるとともに、乾燥剤の有効活用を図ることができる。

また、操作者は露点計１５の露点温度の表示を見ながら吸湿率が飽和状態からきめの細かい吸湿率の確認が可能となるとともに、タイミングよく再生運転に移行できるほか、乾燥剤の劣化を十分に抑えることができ、乾燥剤の有効利用が図れる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る発電機冷却用ガス乾燥装置を、図３を用いて説明する。

上記したように、水素ガスは発電機２内の回転子ファン３の入口と出口の水素ガス圧力の差により、乾燥器４内に入り脱湿されて発電機２内に戻るが、このような水素ガスの循環系統の場合、乾燥器４には発電機２機内から霧状の油を含んだ水素ガスが流入する可能性がある。
この場合、流入した油分が乾燥剤１０及び乾燥器４内に付着することによって乾燥剤１０が劣化して吸湿性が損なわれる。

本実施形態では、水素ガスに含まれる油分を乾燥器４へ流入する前に除去するために、上記第１の実施形態の入口側配管３０に冷却器１８及び油排出弁１９を付加したもので、冷却器１８により霧状の油を液化させ、油分による乾燥剤の劣化を防ぐことができる。なお、冷却器１８に溜まった油は、通常時閉状態の油排出弁１９から排出される。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、乾燥剤１０及び乾燥器４内への油分の付着が減少し、吸湿性の劣化を防ぐことができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る発電機冷却用ガス乾燥装置を、図４を用いて説明する。
本実施形態は、乾燥器４を２台設置し、これら各乾燥器４、４は常にいずれか一方が運転される並列２重化の構成とした点で上記第１の実施形態と異なっている。

すなわち、入口側配管３０は分岐されて、第１切替弁２０を介して一方の乾燥器４に、また第２切替弁２１を介して他方の乾燥器４にそれぞれ接続されるとともに、一方の乾燥器４は第３切替弁２２を介して、また他方の乾燥器４は第４切替弁２３を介して出口側配管３１にそれぞれ接続されている。

第１切替弁２０及び第２切替弁２１は、乾燥器４の水素ガス入口弁８及び出口弁９(図６)の開閉と同期して、演算装置１６から信号を受けて自動、あるいは手動にて開または閉動作し、水素ガスが片側の乾燥器４のみに流入することができる。

本実施形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、一方の乾燥器４が再生運転時あるいは、メンテナンス時であっても他方の乾燥器４によって水素ガス乾燥運転の継続が可能となる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る発電機冷却用ガス乾燥装置を示しており、上記第３の実施形態の入口側配管３０に第２の実施形態で述べた冷却器１８及び油排出弁１９を付加したものである。

本実施形態によれば、第１の実施形態による効果に加えて、乾燥剤１０及び乾燥器４内への油分の付着が減少し、吸湿性の劣化を防ぐとともに、一方の乾燥器４が再生運転時あるいは、メンテナンス時であっても他方の乾燥器４によって水素ガス乾燥運転の継続が行える。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…タービン、２…発電機、３…回転子ファン、４…水素ガス乾燥器、５…乾燥筒、６…乾燥剤ケース、７…制御装置、８…水素ガス入口弁、９…水素ガス出口弁、１０…乾燥剤、１１…点検窓、１２…ヒータ、１３…サーモスタット、１４…水素ガス露点検出器、１５…水素ガス露点計、１６…演算装置、１７…伝送線、１８…冷却器、１９…油排出弁、２０…第１切替弁、２１…第２切替弁、２２…第３切替弁、２３…第４切替弁、３０…入口側配管、３１…出口側配管、３２…検出用配管。

Claims (6)

1. 発電機に接続される水素ガスの入出力管を備えた水素ガス乾燥器と、前記乾燥器内に設置された白色系乾燥剤と、前記出力管に設けられた水素ガス露点検出器と、前記露点検出器に付設され、露点温度を表示する水素ガス露点計と、前記白色系乾燥剤を再生する加熱装置とを備えた発電機冷却用水素ガス乾燥装置において、
   前記露点温度に基づいて前記乾燥剤の吸湿率を算出し、前記吸湿率に応じて前記加熱装置の温度制御を行うことを特徴とする発電機冷却用水素ガス乾燥装置。
2. 前記入力管に冷却器及び油排出弁が設けられたことを特徴とする請求項１記載の発電機冷却用水素ガス乾燥装置。
3. 前記乾燥器を前記入力管に対し並列に２重化したことを特徴とする請求項１または２記載の発電機冷却用水素ガス乾燥装置。
4. 前記２重化した乾燥器の一方の乾燥器の乾燥剤の再生が必要な露点温度に達した時、前記一方の乾燥器の乾燥剤を再生するとともに、前記一方の乾燥器から他方の乾燥器に切替えることを特徴とする請求項３記載の発電機冷却用水素ガス乾燥装置。
5. 発電機に接続される水素ガスの入出力管を備えた水素ガス乾燥器と、前記乾燥器内に設置された白色系乾燥剤と、前記出力管に設けられた水素ガス露点検出器と、前記露点検出器に付設され、露点温度を表示する水素ガス露点計と、前記白色系乾燥剤を再生する加熱装置とを備えた発電機冷却用水素ガス乾燥装置を用いた水素ガス乾燥方法であって、
   前記露点温度に基づいて前記乾燥剤の吸湿率を算出する工程と、前記吸湿率に応じて前記加熱装置の温度制御を行う工程と、を有することを特徴とする発電機冷却用水素ガス乾燥装置を用いた水素ガス乾燥方法。
6. 前記乾燥器を前記入力管に対し並列に２重化したことを特徴とする請求項５記載の発電機冷却用水素ガス乾燥装置を用いた水素ガス乾燥方法。
   

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