JP4439655B2

JP4439655B2 - Ｓｆ６ガス回収装置

Info

Publication number: JP4439655B2
Application number: JP2000010142A
Authority: JP
Inventors: 和潔高野; 光一大熊
Original assignee: 山陽電子工業株式会社
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: JP2001087617A

Description

【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２４０００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ＳＦ６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−６３．８℃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（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）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、ＰＳＡ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ＳＦ６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ＳＦ６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ＳＦ６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ＳＦ６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

被回収容器から取り出された被回収ガスに含まれる特定ガスを吸着するための吸着剤を充填した複数の吸着筒を有し、該複数の吸着筒で加圧吸着工程と均圧工程と減圧再生工程とからなるサイクルを繰り返し行うＰＳＡ方式のガス分離部と、被回収ガスに含まれるＳＦ６ガスの濃度を計測するためのＳＦ６ガス濃度計測部とを有するＳＦ６ガス回収装置であって、
該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に被回収ガスを導入して、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、前記ガス分離部における加圧吸着工程を行う時間、均圧工程を行う時間及び減圧再生工程を行う時間を変更するようにしたことを特徴とするＳＦ６ガス回収装置。
被回収容器から取り出された被回収ガスに含まれる特定ガスを吸着するための吸着剤を充填した複数の吸着筒を有し、該複数の吸着筒で加圧吸着工程と均圧工程と減圧再生工程とからなるサイクルを繰り返し行うＰＳＡ方式のガス分離部と、被回収ガスに含まれるＳＦ６ガスの濃度を計測するためのＳＦ６ガス濃度計測部とを有するＳＦ６ガス回収装置であって、
該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に被回収ガスを導入して、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被回収ガスの濃度の如何にかかわらず一定に保たれるように制御し、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から演算して得たＳＦ６ガスの濃度値に基づいて、前記ガス分離部における加圧吸着工程を行う時間、均圧工程を行う時間及び減圧再生工程を行う時間を変更するようにしたことを特徴とするＳＦ６ガス回収装置。
被回収容器から取り出された被回収ガスに含まれる特定ガスを吸着するための吸着剤を充填した複数の吸着筒を有し、該複数の吸着筒で加圧吸着工程と均圧工程と減圧再生工程とからなるサイクルを繰り返し行うＰＳＡ方式のガス分離部と、被回収ガスに含まれるＳＦ６ガスの濃度を計測するためのＳＦ６ガス濃度計測部とを有するＳＦ６ガス回収装置であって、
該ＳＦ６ガス濃度計測部の容器中に被回収ガスを導入して、その圧力を一定に保ち、熱伝導度計を用いて計測した被回収ガスの熱伝導度から演算して得たＳＦ６ガスの濃度値に基づいて、前記ガス分離部における加圧吸着工程を行う時間、均圧工程を行う時間及び減圧再生工程を行う時間を変更するようにしたことを特徴とするＳＦ６ガス回収装置。