JP2013252474A - 電気機械用ガス乾燥器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で製造コストが抑えられ、管理項目を低減することができ、安全性を確保することが可能な電気機械内部用ガス乾燥器を得る。
【解決手段】内部に活性アルミナ２ａ、２ｂが充填された乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂを並列に設け、いずれか一方を経由するガス流路を形成する。乾燥剤コンテナ３ａを経由するガス流路が形成されている場合、制御装置１２は、重量センサ１１ａの検出結果を取得し、活性アルミナ２ａの除湿能力の低下の度合いが所定値以上となったとき、アクチュエータ１３により入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切替え、乾燥剤コンテナ３ｂを経由するガス流路を形成する。また、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂの各々に、活性アルミナ２ａ、２ｂを乾燥するための送風機１４ａ、１４ｂを設けてもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気機械内部に封入されたガスの水分を乾燥剤により除湿する電気機械用ガス乾燥器に関し、特に水素ガスを封入した回転電機用のガス乾燥器に関するものである。

従来、回転電機内部の結露を防ぐために、回転電機内部に封入された水素ガス中の水分を乾燥剤により除湿する乾燥剤式のガス乾燥器が用いられている。従来の乾燥剤式ガス乾燥器においては、乾燥剤がある程度水分を吸着すると除湿能力が低下するため、回転電機と一時的に切り離し、乾燥剤の再活性作業を行う必要があった。

また、特許文献１に提示されたガス乾燥器のように、第１、第２の乾燥塔を備え、いずれか一方の乾燥塔の除湿能力の低下が生じると、他方に切り替えて運転するよう構成されたものもある。この例では、除湿能力の低下が生じた乾燥塔は、入口切替弁の切替えにより乾燥剤再活性回路に閉ループで接続され、乾燥剤の再活性が行われる。その際は、再活性回路の水素ガスを再活性用ブロアにより循環させ、ヒータにより水素ガスを加熱し、これを乾燥塔に送ることにより乾燥剤を乾燥させていた。

特開２００８−２９０９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたガス乾燥器は、乾燥剤再活性回路の機構が複雑で部品点数が多いため、製造コストが高くなるという問題があった。また、機構が複雑であることから故障の頻度も高くなり、作業者の管理項目が多くなるという問題があった。さらに、乾燥剤の再活性処理にヒータを使用するため、安全性の確保が容易ではないという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で製造コストが抑えられ、管理項目を低減することができ、安全性を確保することが可能な電気機械内部用ガス乾燥器を得ることを目的とする。

本発明に係る電気機械用ガス乾燥器は、電気機械内部に封入されたガスを該機械の外部で除湿して内部に戻す電気機械用ガス乾燥器であって、互いに並列に設けられ内部に乾燥剤が充填された第１及び第２の乾燥剤コンテナと、電気機械から第１及び第２の乾燥剤コンテナ入口までのガス流路を形成する導出管に設けられ、電気機械から導出されたガスが第１及び第２の乾燥剤コンテナのいずれか一方を経由するようにガス流路を切替える入口側切替三方弁と、第１及び第２の乾燥剤コンテナ出口から電気機械までのガス流路を形成する導入管に設けられ、第１及び第２の乾燥剤コンテナのいずれか一方を経由したガスが電気機械に戻るようにガス流路を切替える出口側切替三方弁と、第１及び第２の乾燥剤コンテナの各々に対して設けられ、乾燥剤の除湿能力の低下を検出する第１及び第２の乾燥剤状態検出手段と、第１及び第２の乾燥剤状態検出手段による検出結果に基づいて入口側切替三方弁及び出口側切替三方弁を切替える制御装置を備え、制御装置は、第１の乾燥剤コンテナを経由するガス流路が形成されている場合には、第１の乾燥剤状態検出手段から検出結果を取得し、第１の乾燥剤コンテナの乾燥剤の除湿能力の低下の度合いが所定値以
上となったとき、入口側切替三方弁及び出口側切替三方弁を切替え、第２の乾燥剤コンテナを経由するガス流路を形成するものである。

本発明に係る電気機械用ガス乾燥器によれば、内部に乾燥剤が充填された第１及び第２の乾燥剤コンテナを並列に設け、入口側切替三方弁及び出口側切替三方弁により第１及び第２の乾燥剤コンテナのいずれか一方を経由したガス流路が形成されるようにし、制御装置が第１及び第２の乾燥剤状態検出手段による検出結果に基づいて入口側切替三方弁及び出口側切替三方弁を切替えるようにしたので、常時除湿能力の高い状態で稼働することが可能であり、さらに、乾燥剤の乾燥にヒータを使用していた従来のガス乾燥器に比べ、簡単な構成で製造コストが抑えられ、管理項目を低減することができ、安全性を確保することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る回転電機用ガス乾燥器の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機用ガス乾燥器における乾燥剤コンテナ交換作業の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る回転電機用ガス乾燥器の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る電気機械用ガス乾燥器について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る電気機械用ガス乾燥器（以下、ガス乾燥器と略す）の構成を示している。本実施の形態１において、電気機械は回転電機１であり、ガスは回転電機１内部の結露を防止するための冷却用の水素ガスである。

回転電機１の内部には通常、組み立て時に残った水分や、回転電機１を密封するための油に由来する水分が存在している。このような水分は、回転電機１内部を循環する冷却用の水素ガスに混入し回転電機１の効率を低下させる原因となるため、回転電機１にガス乾燥器を接続し、回転電機１内部に封入された水素ガスを回転電機１の外部で除湿して内部に戻すことが行われる。

本実施の形態１に係るガス乾燥器は、図１に示すように、互いに並列に設けられ内部に乾燥剤である活性アルミナ２ａ、２ｂが充填された第１、第２の乾燥剤コンテナである乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂを備えている。なお、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂは同じ構成であり、区別する必要はないが、ここでは説明の都合上、乾燥剤コンテナ３ａを第１の乾燥剤コンテナ、乾燥剤コンテナ３ｂを第２の乾燥剤コンテナとする。

本実施の形態１では、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂは、各々、ガス流路から取り外し可能に設けられ、内部に充填された活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下の度合いが所定値以上となった場合には、作業者により取り外され、活性アルミナ２ａ、２ｂの再生処理が行われるものである。

活性アルミナ２ａ、２ｂは、アルミニウムの酸化物であるアルミナの水和物を熱処理して得られる多孔質古体であり、水分吸着能に勝れている。活性アルミナ２ａ、２ｂが吸着した水分は、常温では分子状で物理吸着または化学吸着されている。また、活性アルミナ２ａ、２ｂは、高温においても安定で化学的に不活性であり、物理的強度もあることから気体の乾燥剤として工業的に広く利用されている。

また、本実施の形態１に係るガス乾燥器は、ガス流路を形成する配管として、回転電機
１から乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂの入口までのガス流路を形成する導出管４と、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂの出口から回転電機１までのガス流路を形成する導入管５と、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ内部の水素ガス及び水分を放出するための放出管６を有している。

導出管４には、回転電機１から導出された水素ガスが、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂのいずれか一方を経由するようにガス流路を切替える入口側切替三方弁７が設けられている。また、導入管５には、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂのいずれか一方を経由した水素ガスが回転電機１に戻るようにガス流路を切替える出口側切替三方弁８が設けられている。

放出管６には放出弁９ａ、９ｂが設けられ、乾燥剤コンテナ３ａ内部の水素ガス及び水分を放出する際には放出弁９ａを「開」とし、乾燥剤コンテナ３ｂ内部の水素ガス及び水分を放出する際には放出弁９ｂを「開」とする。通常はいずれも「閉」とする。また、導出管４及び導入管５には、配管の接続、切り離し作業が迅速に行え、メンテナンスが容易な迅速流体継手１０ａ、１０ｂが必要に応じて設けられる。

乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂには、各々、活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下を検出する第１及び第２の乾燥剤状態検出手段である重量センサ１１ａ、１１ｂが取り付けられている。重量センサ１１ａ、１１ｂは、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ内部に充填された活性アルミナ２ａ、２ｂの重量をそれぞれ測定し、これを初期値と比較することで、活性アルミナ２ａ、２ｂに吸着された水分量を検出する。

さらに、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ各々には、コンテナ内部の温度を測定し温度変化を検出する温度センサ（図示せず）が取り付けられている。これらの温度センサにより、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ内部の温度が、水素ガスの発火点に達していないかを常時監視している。

制御装置１２は、重量センサ１１ａ、１１ｂによる検出結果、すなわち活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下の度合いに基づいて、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂが交換時期であるか否かを判断する。具体的には、制御装置１２は、活性アルミナ２ａ、２ｂが吸着した水分量が予め設定されている所定値以上となったとき、交換時期であると判断し、アクチュエータ１３に制御信号を送り、これに基づいてアクチュエータ１３が作動し、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切替える。

また、本実施の形態１に係るガス乾燥器は、制御装置１２が重量センサ１１ａ、１１ｂから取得した活性アルミナ２ａ、２ｂの水分量が所定値以上となったとき、該コンテナが交換時期であることを作業者に通知する通知手段として、警告音出力手段、ランプ点灯手段、及び表示手段の少なくとも１つ（いずれも図示せず）を備えている。これらの通知手段は、中央制御室や制御盤近くに設置され、制御装置１２から送られた制御信号（ここでは交換信号）により、警告音の出力、ランプ点灯（あるいは点滅）、表示手段への表示等の方法で作業者に通知する。

次に、本実施の形態１に係るガス乾燥器における乾燥剤コンテナ３ａの交換作業の流れについて、図１及び図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１において、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８は、白表示が「開」、黒表示が「閉」であり、白矢印Ａは水素ガスの流れを示している。すなわち、図１では、乾燥剤コンテナ３ａを経由するガス流路が形成されている。

図１に示すように、乾燥剤コンテナ３ａを経由するガス流路が形成されている場合、制御装置１２は、重量センサ１１ａから乾燥剤コンテナ３ａの活性アルミナ２ａの水分量を所定の周期で取得している。図２のステップ１（Ｓ１）において、制御装置１２は、重量
センサ１１ａからの信号により、乾燥剤コンテナ３ａが交換時期であることを検出し、ステップ２（Ｓ２）において、アクチュエータ１３に制御信号を送る。

続いてステップ３（Ｓ３）において、アクチュエータ１３は、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切り替え、他方の乾燥剤コンテナ３ｂを経由するガス流路を形成する。その後、制御装置１２は、ステップ４（Ｓ４）において、通知手段に対して交換信号を発信し、乾燥剤コンテナ３ａが交換時期であることを作業者に通知する。

続いてステップ５（Ｓ５）において、作業者は乾燥剤コンテナ３ａを取り外し、予め用意されている新しい乾燥剤コンテナと交換する。その後、ステップ６（Ｓ６）において、取り外した乾燥剤コンテナ３ａ内部に充填された活性アルミナ２ａを乾燥させる再生処理を行う。以上で乾燥剤コンテナ３ａの交換作業及び再生処理が終了する。

なお、本実施の形態１では、活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下を検出する乾燥剤状態検出手段として、重量センサ１１ａ、１１ｂを用いたが、乾燥剤状態検出手段はこれに限定されるものではない。例えば、露点温度を測定することにより湿度を求める露点計を用いることもできる。

その場合、第１、第２の露点計を各々、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂの出口近傍の導入管５に取り付け、該導入管５を流れる水素ガスの露点温度から水素ガスの湿度を測定する。乾燥剤の除湿能力が低下し、水素ガスの湿度が高くなると、露点計により検出される温度は高くなる。なお、露点計の種類としては、市販の高分子式または酸化アルミ式の静電容量式センサ等を用いることができる。

また、本実施の形態１では、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂに充填される乾燥剤として、活性アルミナ２ａ、２ｂを用いたが、乾燥剤はこれに限定されるものではない。例えば合成ゼオライト（一連の結晶性アルミノケイ酸塩の総称）を用いても良い。規則的に配列した１〜３次元の分子レベルの細孔を有する合成ゼオライトは、その結晶構造から水分吸着能に優れており、工業的に広く利用されている。

以上のように、本実施の形態１に係るガス乾燥器は、互いに並列に設けられ内部に活性アルミナ２ａ、２ｂが充填された乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂを備え、入口側切替三方弁７と出口側切替三方弁８により、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂのいずれか一方を経由するガス流路を形成し、制御装置１２が重量センサ１１ａ（または１１ｂ）による検出結果から活性アルミナ２ａ（または２ｂ）の交換時期であると判断した場合には、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切替えるようにしたものである。

これにより、本実施の形態１に係るガス乾燥器によれば、常時、除湿能力の高い状態で稼働することが可能であり、水素ガスを再活性用ブロアにより循環させヒータにより加熱する再活性回路を備えた従来のガス乾燥器に比べ、簡単な構成で製造コストが抑えられ、管理項目を低減することができ、安全性を確保することが可能である。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るガス乾燥器の構成を示している。なお、図３中、図１と同一、相当部分には同一符号を付している。上記実施の形態１では、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂは各々、ガス流路から取り外し可能に設けられており、活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下の度合いが所定値以上となった場合には、作業者により交換、再生する作業が必要であった。

そこで、本実施の形態２に係るガス乾燥器では、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ各々に、活
性アルミナ２ａ、２ｂを乾燥するための送風機１４ａ、１４ｂを設け、活性アルミナ２ａ、２ｂの除湿能力の低下の度合いが所定値以上となった場合には、送風機１４ａ、１４ｂを稼働し、活性アルミナ２ａ、２ｂに吸着された水分を水素ガスと共に放出管６から外部に放出するようにした。

本実施の形態２に係るガス乾燥器における乾燥剤コンテナ３ｂの再生処理について、図３を用いて説明する。図３では、入口側切替三方弁７と出口側切替三方弁８により、乾燥剤コンテナ３ａを経由するガス流路が形成されている（図中、白矢印Ａ）。乾燥剤コンテナ３ｂは、活性アルミナ２ｂの再生処理のため、送風機１４ｂが稼働状態となっている。再生処理では、乾燥剤コンテナ３ｂに接続された放出管６の放出弁９ｂを「開」とし、乾燥剤コンテナ３ｂの活性アルミナ２ｂに吸着された水分を、水素ガスと共に放出管６から放出する（図中、黒矢印Ｂ）。これにより、活性アルミナ２ｂは乾燥され、再生される。

なお、送風機１４ａ、１４ｂの稼働は、制御装置１２によって自動的に制御しても良いし、通知手段からの通知で作業者が稼働するようにしても良い。前者の場合、制御装置１２は、例えば乾燥剤コンテナ３ａの重量センサ１１ａからの検出結果に基づいて、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切替えた後、送風機１４ａに制御信号を送り、送風機１４ａを稼働させる。

また、後者の場合、制御装置１２は、入口側切替三方弁７及び出口側切替三方弁８を切替えた後、上記実施の形態１と同様の通知手段（警告音出力手段、ランプ点灯手段、及び表示手段の少なくとも１つ）に対して制御信号を送り、送風機１４ａを稼働するように作業者に通知する。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂ各々に、活性アルミナ２ａ、２ｂを乾燥するための送風機１４ａ、１４ｂを設けたので、乾燥剤コンテナ３ａ、３ｂを取り外すことなく活性アルミナ２ａ、２ｂの再生処理を行うことができ、作業者の負担が軽減する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、電気機械用ガス乾燥器、特に、水素ガスを封入した回転電機用のガス乾燥器として利用することができる。

１ 回転電機、２ａ、２ｂ 活性アルミナ、３ａ、３ｂ 乾燥剤コンテナ、
４ 導出管、５ 導入管、６ 放出管、７ 入口側切替三方弁、８ 出口側切替三方弁、９ａ、９ｂ 放出弁、１０ａ、１０ｂ 迅速流体継手、１１ａ、１１ｂ 重量センサ、
１２ 制御装置、１３ アクチュエータ、１４ａ、１４ｂ 送風機。

Claims (8)

1. 電気機械内部に封入されたガスを該機械の外部で除湿して内部に戻す電気機械用ガス乾燥器であって、
   互いに並列に設けられ内部に乾燥剤が充填された第１及び第２の乾燥剤コンテナ、
   前記電気機械から前記第１及び第２の乾燥剤コンテナ入口までのガス流路を形成する導出管に設けられ、前記電気機械から導出されたガスが前記第１及び第２の乾燥剤コンテナのいずれか一方を経由するようにガス流路を切替える入口側切替三方弁、
   前記第１及び第２の乾燥剤コンテナ出口から前記電気機械までのガス流路を形成する導入管に設けられ、前記第１及び第２の乾燥剤コンテナのいずれか一方を経由したガスが前記電気機械に戻るようにガス流路を切替える出口側切替三方弁、
   前記第１及び第２の乾燥剤コンテナの各々に対して設けられ、前記乾燥剤の除湿能力の低下を検出する第１及び第２の乾燥剤状態検出手段、
   前記第１及び第２の乾燥剤状態検出手段による検出結果に基づいて前記入口側切替三方弁及び前記出口側切替三方弁を切替える制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記第１の乾燥剤コンテナを経由するガス流路が形成されている場合には、前記第１の乾燥剤状態検出手段から検出結果を取得し、前記第１の乾燥剤コンテナの前記乾燥剤の除湿能力の低下の度合いが所定値以上となったとき、前記入口側切替三方弁及び前記出口側切替三方弁を切替え、前記第２の乾燥剤コンテナを経由するガス流路を形成することを特徴とする電気機械用ガス乾燥器。
2. 前記第１及び第２の乾燥剤コンテナは、各々、ガス流路から取り外し可能に設けられ、前記乾燥剤の除湿能力の低下の度合いが所定値以上となったとき、作業者により取り外され、前記乾燥剤の再生が行われることを特徴とする請求項１記載の電気機械用ガス乾燥器。
3. 前記第１及び第２の乾燥剤コンテナは、各々、前記乾燥剤を乾燥するための送風機を有すると共に前記乾燥剤が吸着した水分を外部へ放出する放出管に接続され、前記乾燥剤の除湿能力の低下の度合いが所定値以上となったとき、前記送風機が稼働され、前記乾燥剤の再生が行われることを特徴とする請求項１記載の電気機械用ガス乾燥器。
4. 前記制御装置が前記第１及び第２の乾燥剤状態検出手段から取得した前記乾燥剤の除湿能力の低下の度合いが所定値以上となったときに、これを作業者に通知する通知手段として、警告音出力手段、ランプ点灯手段、及び表示手段の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電気機械用ガス乾燥器。
5. 前記乾燥剤として活性アルミナを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電気機械用ガス乾燥器。
6. 前記乾燥剤として合成ゼオライトを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電気機械用ガス乾燥器。
7. 前記第１及び第２の乾燥剤状態検出手段として重量センサを用い、前記重量センサにより前記乾燥剤が吸着した水分量を測定するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電気機械用ガス乾燥器。
8. 前記第１及び第２の乾燥剤状態検出手段として露点計を用い、前記露点計を前記第１及び第２の乾燥剤コンテナ出口近傍の前記導入管に取り付け、前記導入管を流れるガスの湿度を測定するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電気機械用ガス乾燥器。

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