JP5489853B2 - 水素冷却式発電機のガス置換装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば発電機内に封入されている水素ガスを不活性ガスを使用して置換する水素冷却式発電機のガス置換装置に関するものである。

従来、水素冷却式発電機において、メンテナンス時には、その発電機内に封入されている水素ガスを空気にガス置換を実施するが、水素ガス濃度が爆発雰囲気になるのを防止するため、中間ガスとして不活性ガスである炭酸ガスを使用している。炭酸ガスを使用するに際しては地球温暖化への影響も考慮する必要がある。

特開２００３−１５３５０２号公報

上述した従来の水素冷却式発電機のガス置換装置は、水素冷却式発電機に対して、保守あるいは点検等の作業を行うに際し、水素冷却式発電機内に封入されている機内冷却用の水素ガスを空気にガス置換を実施することによって発電機内を作業可能な状態とし、作業後は発電機内の空気を水素ガスにガス置換して元の状態に復帰させるという一連の操作が必要とされる。

また、水素ガスは燃焼範囲の広い可燃性ガスであるので、水素ガスと空気との直接的な接触を避けてガス置換する必要があり、そのため、水素ガス濃度が爆発雰囲気になるのを防止するため、中間ガスとして不活性ガスである炭酸ガスを使用してガス置換している。その際、作業員は発電機外へガスを放出する放出回路に設置してあるガス純度計の純度を見て、ガス置換状況を確認している。炭酸ガスは水素ガスよりも比重が大きく、さらに不活性であり、ガス置換において有用性の高い気体である。

しかしながら、炭酸ガスは地球温暖化を引き起こす要因のひとつとなっている。また、炭酸ガスを封入する際には、気化熱による凍結対策として、気化装置の設置や凍結を防ぐために少量ずつ封入するなど、コストが高くなるとともに多大の時間を要するという問題点があった。また、窒素ガスを使用してガス置換することも考えられているが窒素ガス濃度を確認することは極めて困難なものとなっている。

この発明は、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、その目的は、炭酸ガスの替わりに窒素ガスを使うことによって気化熱による凍結を防ぎ、地球温暖化の防止を図ることができる水素冷却式発電機のガス置換装置を提供するものである。

この発明に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置は、発電機内の水素ガスを空気にガス置換する水素冷却式発電機のガス置換装置において、窒素ガスが貯蔵された窒素ガスボンベと、前記窒素ガスボンベと前記発電機とに配設され、前記窒素ガスボンベ内の前記窒素ガスを前記発電機内に供給する第１の供給配管と、前記第１の供給配管に配設された供給弁と、前記第１の供給配管の前記供給弁の上流側に配設された着脱可能な単配管と、前記発電機内のガスを前記発電機外に放出する放出配管と、前記放出配管に配設された放出弁と、空気を前記発電機内に供給するための第２の供給配管と、前記第２の供給配管に配設され、前記空気の供給時に前記第１の供給配管の前記供給弁の上流側に接続される可とう配管と、前記放出配管に配設され、前記放出配管内の酸素濃度を計測する酸素濃度計とを備えたものである。

この発明に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置によれば、窒素ガスを使うことによって気化熱による凍結を防ぎ、地球温暖化の防止を図ることができる水素冷却式発電機のガス置換装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。 この発明の実施の形態２に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。 この発明の実施の形態３に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。

図１において、１は水素冷却式発電機、２は窒素ガスが貯蔵された窒素ガスボンベ、３は窒素ガスバルブ、４は窒素ガスボンベ２と発電機１とに接続して配設され、窒素ガスボンベ１内の窒素ガスを発電機１内に供給する第１の供給配管、５は第１の供給配管４に配設された供給弁、６は第１の供給配管４の供給弁５上流側に配設された着脱可能な単配管、７は発電機１内のガスを発電機１外に放出する放出配管、８は放出配管７に配設された放出弁、９は図示しない空気供給源から矢印Ａにて示すように供給される空気を発電機１内に供給するための第２の供給配管、１０は第２の供給配管９に配設され、第１の供給配管４の供給弁５上流側に接続される可とう配管、１１は第１の供給配管４の供給弁５上流側に配設された圧力調整器、１２は放出配管７に配設され、放出配管７内の酸素濃度を計測する酸素濃度計である。

次に、上述した水素冷却式発電機のガス置換装置において、発電機１に対して、保守あるいは点検等の作業を行うに際しては、次のようにして水素ガスを窒素ガス、空気にガス置換する。

まず、発電機１内には加圧された水素ガスが封入されており、発電機１内の圧力を下げる必要がある。通常時は、窒素ガスボンベ２の窒素ガスバルブ３が閉じられている。したがって、第１の供給配管４に配設された供給弁５は閉じられている。

次いで、放出配管７に配設された放出弁８を開き、発電機１内の水素ガスを放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出しながら発電機１内のガス圧力を１０〜２０ｋＰａまで下げていく。発電機１内のガス圧力が１０〜２０ｋＰａまで下がると放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。

そして、発電機１内のガス圧力が１０〜２０ｋＰａまで下がった状態において、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を開き、窒素ガスボンベ２より窒素ガスを第１の供給配管４を通して発電機１内に封入していく。なお、窒素ガスは圧力調整器１１により圧力調整されて供給される。

このとき、放出配管７に配設された放出弁８も開き、発電機１内に封入された窒素ガスにより発電機１内の水素ガスは発電機１外に押し出されることになる。すなわち、発電機１内の水素ガスは放出配管７内に押し出され、放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出される。

そして、発電機１内のガス圧力が大気圧付近の所定圧力（大気圧＋例えば０．１ＭＰａ程度）まで下がったとき、放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。これにより窒素ガス置換が終了することになる。

次いで、窒素ガス置換が終了すると、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を閉じて窒素ガスの供給を停止する。

そして、第１の供給配管４の供給弁５上流側に配設された着脱可能な単配管６を第１の供給配管４から取り外す。取り外した単配管６の替わりに、第２の供給配管９に配設された可とう配管１０を第１の供給配管４の供給弁５上流側に接続する。これにより、窒素ガスの供給から空気の供給の準備が完了する。

この状態において、図示しない空気供給源を動作させ、第１の供給配管４に配設された供給弁５を開き、空気供給源から矢印Ａにて示すように第２の供給配管９に供給される空気を可とう配管１０から第１の供給配管４を通して発電機１内に封入する。

このとき、放出配管７に配設された放出弁８も開き、発電機１内に封入された空気により発電機１内の窒素ガスは発電機１外に押し出されることになる。すなわち、発電機１内の窒素ガスは放出配管７内に押し出され、放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出される。

そして、放出配管７内の酸素濃度を酸素濃度計１２により計測し、酸素濃度計１２の計測された酸素濃度が例えば２０％以上になったとき、放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。これにより空気置換が終了することになる。

次いで、空気置換が終了すると、第１の供給配管４に配設された供給弁５を閉じるとともに、空気供給源の動作を停止させて第２の供給配管９への空気の供給を停止する。

以上の動作により、水素ガスを窒素ガスに置換し、さらに窒素ガスを空気に置換することができ、発電機１に対して、保守あるいは点検等の作業を行うことができる。

この発明の実施の形態１によれば、窒素ガスを使うことによって、上述した従来装置のように炭酸ガスを使用したときに生じる気化熱による凍結を防止することができるとともに、凍結を防止することができることにより上述した従来のように凍結を防ぐために少量ずつ封入する必要が無くガス置換を短時間に行うことができる。また、炭酸ガスは地球温暖化を引き起こす要因のひとつとなっているが、窒素ガスを使うことによって、地球温暖化の防止を図ることができる。

ところで、発電機１に対して、保守あるいは点検等の作業を終了した後は、発電機１内の空気を窒素ガスにガス置換し、さらに窒素ガスを水素ガスにガス置換して元の状態に復帰させることになる。

まず、第２の供給配管９に配設された可とう配管１０を第１の供給配管４の供給弁５上流側から取り外す。取り外した可とう配管１０の替わりに、単配管６を第１の供給配管４の供給弁５上流側に取り付ける。これにより、空気の供給から窒素ガスの供給の準備が完
了する。

この状態において、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を開き、窒素ガスボンベ２より窒素ガスを第１の供給配管４を通して発電機１内に封入していく。

このとき、放出配管７に配設された放出弁８も開き、発電機１内の封入された窒素ガスにより発電機１内の空気は発電機１外に押し出されることになる。すなわち、発電機１内の空気は放出配管７内に押し出され、放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出される。

そして、放出配管７内の酸素濃度を酸素濃度計１２により計測し、酸素濃度計１２の計測された酸素濃度が例えば５％以下になったとき、放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。これにより窒素ガス置換が終了することになる。

次いで、窒素ガス置換が終了すると、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を閉じて窒素ガスの供給を停止する。

なお、水素ガスへガス置換して元の状態に復帰させる動作については従来の一般技術により動作されるのでここでの説明は省略する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２はこの発明の実施の形態２に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。

この発明の実施の形態２においては、窒素ガスボンベ２の出口側の第１の供給配管４に圧力警報器１３を設置したものである。

この発明の実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様に、水素ガスを窒素ガスにガス置換し、窒素ガスを空気にガス置換することができ、同様の効果を奏する。そして、圧力警報器１３を設置したことにより、窒素ガスボンベ２から供給される窒素ガスの圧力が所定圧力以下になったとき動作して警報を発するようにしている。これにより、窒素ガスボンベ２内の窒素ガス量が減って窒素ガスボンベ２内の残留圧力が下がって、発電機１内への窒素ガスの供給に支障を来すのを防止することができる。例えば、圧力警報器１３が警報を発すると、迅速に新たな窒素ガスボンベ２に切り替えて窒素ガスを第１の供給配管４を通して発電機１内へ供給することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。図３はこの発明の実施の形態３に係わる水素冷却式発電機のガス置換装置を示す系統図である。

この発明の実施の形態３においては、放出配管７にエゼクタポンプ１４を設置したものである。すなわち、放出配管７の放出弁８下流側にエゼクタポンプ１４を設置したものである。

エゼクタポンプ１４には第１の供給配管４から分岐された分岐管１５が接続されており、第１の供給配管４内を通流する窒素ガスの一部が分岐管１５を通ってエゼクタポンプ１４内に入っていく構成となっている。

この実施の形態３において、水素ガスを窒素ガスにガス置換する動作について説明する
。放出配管７に配設された放出弁８を開き、発電機１内の水素ガスを放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出しながら発電機１内のガス圧力を１０〜２０ｋＰａまで下げていく。発電機１内のガス圧力が１０〜２０ｋＰａまで下がると放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。

そして、発電機１内のガス圧力が１０〜２０ｋＰａまで下がった状態において、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を開き、窒素ガスボンベ２より窒素ガスを第１の供給配管４を通して発電機１内に封入していく。また、第１の供給配管４内を通流する窒素ガスの一部が分岐管１５を通ってエゼクタポンプ１４内に供給される。

このとき、放出配管７に配設された放出弁８も開き、発電機１内に封入された窒素ガスにより発電機１内の水素ガスは発電機１外に押し出されることになる。すなわち、発電機１内の水素ガスは放出配管７内に押し出される。放出配管７内に押し出された水素ガスはエゼクタポンプ１４内に入るが、そのエゼクタポンプ１４内に分岐管１５を通して供給された水素ガスが駆動ガスとなりエゼクタポンプ１４が作動する。エゼクタポンプ１４の作動により、放出配管７内に押し出された水素ガスをエゼクタポンプ１４内に吸い込み吐出し、エゼクタポンプ１４から吐出された水素ガスは放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出される。

そして、発電機１内のガス圧力が大気圧付近の所定圧力（大気圧＋例えば０．１ＭＰａ程度）まで下がったとき、放出配管７に配設された放出弁８を閉じる。これにより窒素ガス置換が終了することになる。

次いで、窒素ガス置換が終了すると、第１の供給配管４に配設された供給弁５および窒素ガスバルブ３を閉じて窒素ガスの供給を停止する。

以上のように、この実施の形態３によれば、エゼクタポンプ１４の作動により、放出配管７内に押し出された水素ガスをエゼクタポンプ１４内に吸い込み吐出し、エゼクタポンプ１４から吐出された水素ガスは放出配管７の上端部の放出管７ａから発電機１外に放出されるようにしたので、水素ガスを窒素ガスにガス置換する時間を短縮することができるという効果を奏する。

また、この実施の形態３の構成に、上述した実施の形態２の構成を付加することもできることは勿論のことである。

この発明は、窒素ガスを使うことによって気化熱による凍結を防ぎ、地球温暖化の防止を図ることができる水素冷却式発電機のガス置換装置の実現に好適である。

１ 発電機
２ 窒素ガスボンベ
４ 第１の供給配管
５ 供給弁
６ 単配管
７ 放出配管
８ 放出弁
９ 第２の供給配管
１０ 可とう配管
１２ 酸素濃度計
１３ 圧力調整器
１４ エゼクタポンプ

Claims (3)

1. 発電機内の水素ガスを空気にガス置換する水素冷却式発電機のガス置換装置において、窒素ガスが貯蔵された窒素ガスボンベと、前記窒素ガスボンベと前記発電機とに配設され、前記窒素ガスボンベ内の前記窒素ガスを前記発電機内に供給する第１の供給配管と、前記第１の供給配管に配設された供給弁と、前記第１の供給配管の前記供給弁の上流側に配設された着脱可能な単配管と、前記発電機内のガスを前記発電機外に放出する放出配管と、前記放出配管に配設された放出弁と、空気を前記発電機内に供給するための第２の供給配管と、前記第２の供給配管に配設され、前記空気の供給時に前記第１の供給配管の前記供給弁の上流側に接続される可とう配管と、前記放出配管に配設され、前記放出配管内の酸素濃度を計測する酸素濃度計とを備えたことを特徴とする水素冷却式発電機のガス置換装置。
2. 前記窒素ガスボンベの出口側の前記第１の供給配管に圧力警報器を設置したことを特徴とする請求項1に記載の水素冷却式発電機のガス置換装置。
3. 前記放出配管にエゼクタポンプを設置したことを特徴とする請求項１に記載の水素冷却式発電機のガス置換装置。

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