JP3654533B2 - Ｓｆ▲下６▼を用いた均質なガス混合物の製造 - Google Patents

Description

本発明は、SF₆を用いた実質的に均質な、圧縮ガス混合物の製造方法及びその際使用可能な、特に移動可能な混合ステーションに関する。
原理的には、互いに分離されて存在するガスは、簡単に、ガスを容器に移しかつ拡散により相応して均質なガス混合物が生じるまで十分な長さの時間待つことにより、均質なガス混合物に変換させることができる。しかしながら、このためには極めて長い時間帯が必要となるので、このような方法は工業的には使用不可能である。もちろん、ガス流をスタチックミキサ及び／又は共通の導管に導入する場合も、混合が観察される。FR−Ａ−2631856は、ガス混合物の製造装置を開示しており、該装置では、ガスをミキサ内で予備混合し、スタチックミキサを通してコンプレッサ、次いで消費者に誘導する。圧力変動は、コンプレッサ・モータの制御を介してコンプレッサの前方の圧力に依存して制御する。しかしながらこの場合には、特に、高い密度差を有するガス、例えばSF₆を含有するものを互いに混合したい場合には、達成された混合物を「均質」と見なすことができるほどの混合は常には行われない。このようなガス混合物は、SF₆（六フッ化硫黄）とN₂（窒素）の混合物である。それぞれ15℃及び１バール（絶対）（本願における標準条件）で測定して、SF₆はガスとして6.18g/lの密度を有し、窒素はガスとして1.170g/lの密度を有する。このようなガスは、例えば導電地下ケーブルのための絶縁ガスとして使用される。この場合の特別の問題は、該ガス混合物（極めて大量に必要とされる）は好ましくは現場で製造されねばならないことである。即ち、工場で予め製造したガス混合物を使用したい場合には、輸送コストを可能な限り廉価に保つために、該ガス混合物を高圧でガスボンベに充填して輸送しなければならない。しかしながら、このことは不可能である。それというのも、その際にはSF₆の成分は凝縮されかつ相応する脱混合が生じると見なされるからである。
本発明の課題は、SF₆及び高い密度差を有する別のガスを有する均質な圧縮ガス混合物を製造することができる方法を提供することである。さらに、本発明の課題は、そのために使用可能な混合ステーション、特にそのために使用可能な移動混合ステーションを提供することである。もう１つの課題は、汚れ及び気候の影響に対して保護された混合ステーションの提供であった。これらの課題は、本発明による方法及び本発明による混合ステーションにより解決される。
互いに分離されて存在するガスからなり、その際一方のガスがSF₆でありかつ単数又は複数の他方のガスが、標準条件下でSF₆の密度より少なくとも4g/l小さい密度を有する、実質的に均質な圧縮ガス混合物の製造するための本発明による方法においては、互いに分離されて存在するガスを予備混合して不均質のガス混合物を形成し、該不均質なガス混合物をスタチックミキサ及び／又は緩衝タンクに導き、ガス混合物を緩衝タンクもしくはスタチックミキサからコンプレッサに導きかつコンプレッサから実質的に均質な圧縮ガス混合物を放出させ、その際緩衝タンクを使用する限り、コンプレッサから放出された、実質的に均質な圧縮ガス混合物の一部を戻り管路を介して緩衝タンクに戻す。
本発明による方法は、均質に混合されたガス混合物を使用位置で製造することを可能にする。従って、ガス混合物を工場で均質に混合して提供することはもはや不必要である。もう１つの利点は、大量の流量（例えば時間当たり200Nm³以上）を加工することができることにある。この場合、混合度合いは、使用される導管の横断面には依存しない。完成した均質なガス混合物の配量した放出が可能である。
スタチックミキサ及び緩衝タンクを使用する場合には、ガスをまずスタチックミキサ、次いで緩衝タンクを貫流させるのが有利である。
有利な実施態様によれば、該方法を緩衝タンクを使用して実施しかつ戻り管路に調節弁を組み込む。この調節弁を用いて、ガス混合物の一部の戻しを調節する。この実施態様は、コンプレッサをガスバラスト下で運転することができかつ付加的に混合を一層改善することができるという利点を有する。該調節弁は、例えば、コンプレッサから放出された圧縮されたガスの容量の一部を戻すように調節することができる。
好ましくは、充填すべき電流ケーブル又は充填すべき圧縮ガスボンベ内の充填限界の達成を記録しかつコンプレッサを遮断する安全装置を設ける。これは例えば、所定の圧力から開きかつ好ましくはコンプレッサを遮断する圧力調節弁である。過圧導管が接続されていてもよい。このようにして、放出されたガスは循環路内に残る。
有利には、本発明による方法は、少なくとも4.5g/lの高い圧力差を有するガスからなる混合物を製造するために使用することができる。該方法は、SF₆及びN₂を含有するか又はそれらからなる均質なガス混合物の製造のために特に適当である。
このようなガス混合物は、例えば導電地下ケーブルのための絶縁ガスとして使用される。
コンプレッサは、所望の圧力を有するガス混合物を提供するように調節する。地下ケーブル内の絶縁ガスとしての前記の用途のために使用されるべき、SF₆及びN₂を有するガス混合物は、有利には１〜13バール（絶対）の圧力で放出する。特に、該圧力は７〜13バールの範囲内にある。
オイル無しで作動するコンプレッサ、特にダイヤフラムコンプレッサ、さらにまたピストンコンプレッサを使用するのが有利である。
一定の組成のガス混合物を形成するために供給されるガス量の調節は、有利には質量流量測定器を介して行う。これはまさに高い密度差を有するガスの場合有利である；該ガス量は変化する温度（一日の時間帯又は季節）にもかかわらず正確に調節することができる。
本発明による方法は、３〜50、有利には３〜20容量％のSF₆、100容量％までの残余のN₂を含有する実質的に均質な圧縮ガス混合物を製造するために特に好適である。有利には、採取された試料内のSF₆の所望の含量は、理想的混合の際に存在する値から最高±0.7容量％の偏差を有する。場合により、緩衝タンク内の戻り管路を介して戻された既に混合されたガスの割合を高める。分析は、例えばガスクロマトグラフィーで行うことができる。
本発明による方法の有利な実施態様は、SF₆及びN₂を含有するか又はそれらからなるガス混合物を製造しかつ該ガス混合物を導電地下ケーブル内の絶縁ガスとして導入することよりなる。
本発明のもう１つの対象は、SF₆及び著しく軽いガスを有するガス混合物を製造するために、本発明による方法を実施するために使用可能である混合ステーションである。この混合ステーションは、以下の構成部分を有する：混合すべきガスを供給するための少なくとも２つの供給導管；予備混合されたガスを一緒にさらに導くためのガス導管；予備混合されたガスを一緒にさらに導くためのガス導管が開口したスタチックミキサ及び／又は緩衝タンク；緩衝タンクもしくはスタチックミキサ及びコンプレッサと接続され、ガス混合物を緩衝タンクもしくはスタチックミキサからコンプレッサに導くガス導管；緩衝タンク又はスタチックミキサから導出されたガス混合物を圧縮しかつ均質化するコンプレッサ；コンプレッサから均質な圧縮ガス混合物を導出するための取出し導管；緩衝タンクが存在する限り、コンプレッサ及び緩衝タンクからの取出し導管と接続された戻り管路；戻り管路内の調節弁。混合すべきガスの供給導管は、Ｔ字部材を介して、ガスを一緒にさらに導くためのガス導管と接続されていてもよい。混合ステーションの有利な１実施態様は、緩衝タンク、及び調節弁を有する戻り管路を有する。図１は、簡単な混合ステーションを示す。該混合ステーションは、以下のものを有する:2つの供給導管（1,2）；ガス流量を調節するための２つの弁（3,4）；予備混合されたガスを一緒にさらに導くためのガス導管（５）；コンプレッサ（７）；緩衝タンク（６）とコンプレッサ（７）の間のガス導管（８）；取出し導管（９）；緩衝タンクとコンプレッサの間の戻り管路（10）；戻り管路内の調節弁（11）；均質なガス混合物の取出し量を調節するための弁（12）。
混合ステーションは、１つ以上の圧力計、減圧器、流量測定器、圧力調節弁、コンプレッサのための自動停止装置、試料取出しのための取出し位置又は均質なガス混合物のための取出し位置のような別の有効な構成部分を有することができる。特に有利には、該装置は、ガス量を制御するために、質量流量計を有する。このような装置は、高いガス密度差にもかかわらず、装置が運転される温度（一日の時間区分、季節）に左右されずに正確な結果をもたらす。
該混合ステーションは、移動可能に構成されていてもよい。その際には、該混合ステーションは、前記の混合ステーション、及び混合ステーションが据付けられる車台を含む。例えば、車台は貨物自動車又はLKWトレーラであってよい。これは、混合ステーションが絶縁すべき地中ケーブルの敷設に相応して更に移動することができるという利点を有する。
さらに、混合ステーションは、以下の装置を有する:1種以上の未混合ガスの圧縮ガスボンベの受容するための保持装置；均質に圧縮されたガス混合物を導入するための圧縮ガスを接続するための接続装置；このような圧縮ガスボンベのための少なくとも１つの保持装置。
さらに、該混合ステーションは、外部影響に対して保護するための手段を有することができる。例えば、汚れ及び気候影響から遠ざける覆いを有する構造を設けることができる。
本発明による方法を、図2/2を参照してさらに説明する。
六フッ化硫黄及び窒素を六フッ化硫黄タンクST及び窒素タンクNTから蒸発器Ｖ、圧力計Ｍ及び減圧器Ｄを介してガスミキサＧにに導入する。圧力計と減圧器の間の圧力は９〜15バールである。ガスミキサ内で、両者のガスを質量流量計及び絞り弁を介して共通の導管５に導入する。ＭとスタチックミキサＦとの間の差圧は、少なくとも３バールである。スタチックミキサＦを介して、予備混合されたガスを緩衝タンク６に導入しかつ緩衝タンクからコンプレッサ７に導管８を介して導入する。導管９を介してコンプレッサから取出したガスの一部を、導管10及び調節弁11を介して緩衝タンクに戻す。導管９内の圧力は13バール（即ち14バール絶対）までである。試料取出し位置13、13′及び13′′をガス試料を分析のための取出することができる。導管９内の流量は、５〜250Nm³/hである。導管９を介して、均質なガス混合物を、図面には記入されていないガスボンベに充填する。調節弁11は、所望の混合度が達成されるように調節する。戻される容量分が多い程、益々混合は理想的になるが、そうすればもちろん圧縮されたガス混合物の放出量は少なくなる。圧縮したガスは、遮断弁14を介して充填すべき対象物（例えば電流ケーブル又は圧縮ガスボンベ）に放出する。
六フッ化硫黄タンク及び窒素タンクからの流量は、SF₆:N₂の容量比が正確に5:95になるように調節した。試料取出し位置13を介して、ガス試料を取出し、該試料は分析によればSF₆6.7容量％及びN₂93.3容量％を有していた。このことはなお不完全な混合を示す。ガス緩衝タンクの直後で及びガスボンベから取り出した試料は、それぞれSF₆5容量％及びN₂95容量％をの含量を示しかつ最適な混合状態を証明した。
SF₆:N₂の容量比を15:85に調整して実験を繰り返した。該試料は、SF₆16.7容量％及びN₂83.3容量％を有していた。緩衝タンクの後方で取出した試料はSF₆15.7容量％、ガスボンベから取出した試料はSF₆15.8容量％を含有していた。15容量％の理想的な値からの偏差は、ガスミキサが限界範囲内で運転され、従って、SF₆:N₂の容量比が15:85への正常な調節にもかかわらず有効に約15.7:84.3であった、従って混合が理想的であったことに起因する。

Claims (15)

1. 互いに分離されて存在するガスから、SF₆及びN₂からなる実質的に均質な圧縮ガス混合物を製造する方法において、互いに分離されて存在するガスを予備混合して不均質なガス混合物を形成し、該不均質なガス混合物をスタチックミキサ及び緩衝タンクに導き、ガス混合物を緩衝タンクからコンプレッサに導きかつコンプレッサから実質的に均質な圧縮ガス混合物を取出し、その際コンプレッサから取出した、実質的に均質な圧縮ガス混合物の一部を戻り管路を介して緩衝タンクに戻し、かつ、３〜50容量％、有利には３〜20容量％のSF₆、100容量％までの残余のN₂を含有する実質的に均質な圧縮ガス混合物を製造し、その際取出された試料内のSF₆の所望の含量は、理想的混合の際に存在する値から最高±0.7容量％の偏差を有すること特徴とする、SF₆を有する均質なガス混合物の製造方法。
2. コンプレッサから13バールまでの圧力を有するガス混合物を放出する、請求項１記載の方法。
3. オイル無しで作動するコンプレッサを使用する、請求項１記載の方法。
4. ピストンコンプレッサ又はダイヤフラムコンプレッサを使用する、請求項３記載の方法。
5. ガス混合物の戻しを放出される圧縮ガスの所望の容量分に調節する調節弁を戻り管路に組み込む、請求項１記載の方法。
6. SF₆及びN₂からなる混合物を製造し、かつ、これを絶縁ガスとして導電地下ケーブルに導入する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 混合すべきガス流を質量流量測定器を使用して調節する、請求項１記載の方法。
8. 移動混合ステーションを使用して実施する、請求項１記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施する混合ステーションにおいて、混合すべきガスを供給するための少なくとも２つの供給導管；予備混合されたガスを一緒にさらに導くためのガス導管；予備混合されたガスを一緒にさらに導くためのガス導管が開口したスタチックミキサ；緩衝タンク；緩衝タンク及びコンプレッサと接続され、ガス混合物を緩衝タンクからコンプレッサに導くガス導管；緩衝タンク又はスタチックミキサから導出されたガス混合物を圧縮しかつ均質化するコンプレッサ；コンプレッサから均質な圧縮ガス混合物を導出するための取出し導管；コンプレッサ及び緩衝タンクからの取出し導管と接続された戻り管路；戻り管路内の調節弁を有すること特徴とする混合ステーション。
10. さらに、１種以上の未混合ガスの圧縮ガスボンベの受容するための少なくとも１つの保持装置；均質な圧縮ガス混合物を導入するための圧縮ガスボンベを接続するための接続装置；このような圧縮ガスボンベのための少なくとも１つの保持装置を有する、請求項９記載の混合ステーション。
11. 圧力計、減圧器、流量測定器、取出し位置又は試料取出しのための取出し位置を含む群からの少なくとも１つの別の構成部分を有する、請求項９又は10記載の混合ステーション。
12. 流量計として質量流量計を有する、請求項11記載の混合ステーション。
13. ａ）請求項９から12までのいずれか１項記載の混合ステーション；
    ｂ）車台、この際混合ステーションは車台に据え付けられる
    を含む、移動混合ステーション。
14. 車台が貨物自動車である、請求項13記載の移動混合ステーション。
15. 混合ステーションを汚れ及び天候のような外部影響に対して遮閉する手段を有する、請求項９から14までのいずれか１項記載の混合ステーション。

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