JP6884289B1

JP6884289B1 - ガス乾燥器

Info

Publication number: JP6884289B1
Application number: JP2020555072A
Authority: JP
Inventors: 剛寛岸上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2040-05-20
Also published as: DE112020007214T5; JPWO2021234841A1; CN115516743A; WO2021234841A1; US20230109571A1

Abstract

第１乾燥剤（６）を内に設置した第１乾燥塔（４）と、第２乾燥剤（７）を内に設置した第２乾燥塔（５）とを備え、第１乾燥塔（４）または第２乾燥塔（５）のいずれか１方が、電気機器（１）の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側（Ａ）に切り替えられ、他方の第１乾燥塔（４）または第２乾燥塔（５）が、内に設置される第１乾燥剤（６）または第２乾燥剤（７）の再活性化を行う再活性回路側（Ｂ）に切り替えられ、再活性回路側（Ｂ）には、圧縮空気の供給のみにて再活性回路側（Ｂ）のガス中の水分を凝縮できる温度の空気を発生する冷却器（１４）を備える。

Description

本願は、ガス乾燥器に関するものである。

従来のガス乾燥器は、再活性回路の冷却部に、比較的安価で電気のみで稼働可能なペルチェ素子を用いていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２９０９２号公報

従来、ガス乾燥器は水素ガスが内部を通過するため、防爆に対する考慮が必要である。ペルチェ素子は冷却部に直接取り付けて使用することから、防爆指定区域外に設置することは困難であり、また、ペルチェ素子自体が防爆構造を有していないため、取り付けた箇所を含めた部分全体を、防爆を考慮した特殊な構造が必要になりコストが高くなるという問題点があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、特殊な構造を必要とせず、低コストが可能なガス乾燥器を提供することを目的とする。

本願に開示されるガス乾燥器は、
水素ガスが封入された電気機器の前記水素ガスの乾燥を行うガス乾燥器において、
第１乾燥剤を内に設置した第１乾燥塔と、
第２乾燥剤を内に設置した第２乾燥塔とを備え、
前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔のいずれか１方が、前記電気機器の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側に切り替えられ、他方の前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔が、内に設置される前記第１乾燥剤または前記第２乾燥剤の再活性化を行う再活性回路側に切り替えられ、
前記再活性回路側には、圧縮空気を用いてボルテックス原理により前記再活性回路側のガス中の水分を凝縮できる温度である前記圧縮空気との最大温度差−７５℃の空気を発生させ前記水素ガスを冷却する冷却器を備え、
前記冷却器に前記圧縮空気を供給するエアコンプレッサを備えるものである。

本願に開示されるガス乾燥器によれば、特殊な構造を必要とせず、低コストが可能となる。

実施の形態１によるガス乾燥器を示す系統図である。図１に示したガス乾燥器と、回転電機との関係を示す系統図である。実施の形態２によるガス乾燥器を示す系統図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１によるガス乾燥器を示す系統図である。図２は図１に示したガス乾燥器と、回転電機との関係を示す系統図である。以下、実施の形態１を図に基づいて説明する。図２において、ガス乾燥器３は、第１配管２、第２配管３０を介して電気機器としての回転電機１に接続されている。回転電機１は冷却用の水素ガスが封入される。ガス乾燥器３は回転電機１内の水素ガスを、第１配管２を介して導入し、水素ガスを乾燥した後、第２配管３０を介して回転電機１内に導出する。

ガス乾燥器３は、２塔式の乾燥器であり、第１乾燥塔４および第２乾燥塔５を備える。第１乾燥塔４内には第１乾燥剤６が設置される。第２乾燥塔５内には第２乾燥剤７が設置される。ガス乾燥器３は、第１乾燥塔４または第２乾燥塔５のいずれか１方が、回転電機１の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側Ａに切り替えられ、他方の第１乾燥塔４または第２乾燥塔５が、内に設置される第１乾燥剤６または第２乾燥剤７の再活性化を行う再活性回路側Ｂに切り替えられる。

第１乾燥塔４には第１乾燥剤６を再活性するための第１ヒータ８が設置される。第２乾燥塔５には第２乾燥剤７を再活性するための第２ヒータ９が設置される。第１乾燥塔４および第２乾燥塔５の入口側には、第１乾燥塔４および第２乾燥塔５の乾燥回路側Ａまたは再活性回路側Ｂの切り替えを行う第１四方弁１０が設置される。第１乾燥塔４および第２乾燥塔５の出口側には、第１乾燥塔４および第２乾燥塔５の乾燥回路側Ａまたは再活性回路側Ｂの切り替えを行う第２四方弁１１が設置される。

再活性回路側Ｂにガスを循環させる再活性用のブロワ１２が設置される。ガス乾燥器３の外部から空気を制御して供給する供給部１３が設置される。当該供給部１３は圧縮空気の供給も可能である。当該供給部１３は後述する冷却器１４へ圧縮空気を供給する第１供給管１６が設置される。第１供給管１６にて供給される空気を制御する第１電磁弁１７が設置される。

再活性回路側Ｂのガス中の水分を凝縮する温度の空気（超低温空気）を発生する冷却器１４が設置される。当該冷却器１４は、ボルテックスの原理を利用したものであり、電源およびフロンガスを使用することなく、供給部１３から第１供給管１６を介して供給される圧縮空気のみで、当該圧縮空気の温度より、最大温度差、例えば−７５℃の超低温空気を吐出する。

冷却器１４により凝縮された水分をガス乾燥器３外へ放出する放出部１５が設置される。第１乾燥塔４には内部のガスの急激な排出を制御する第１安全弁１８が設置される。第２乾燥塔５には内部のガスの急激な排出を制御する第２安全弁１９が設置される。再活性回路側Ｂの第１乾燥塔４または第２乾燥塔５内の圧力を制御する第２電磁弁２０が設置される。第１四方弁１０および第２四方弁１１を切り替える第３電磁弁２１が設置される。

第１ヒータ８の温度を計測する第１測温素子２２が設置される。第２ヒータ９の温度を計測する第２測温素子２３が設置される。第１乾燥剤６の温度を計測する第３測温素子２４が設置される。第２乾燥剤７の温度を計測する第４測温素子２５が設置される。第１乾燥塔４内の圧力を計測する第１圧力伝送器２６が設置される。第２乾燥塔５内の圧力を計測する第２圧力伝送器２７が設置される。

ガス乾燥器３の入口側の露点を計測する第１露点計２８が設置される。ガス乾燥器３の出口側の露点を計測する第２露点計２９が設置される。ガス乾燥器３外へガスを放出する放出管３１が設置される。供給部１３から第１四方弁１０および第２四方弁１１の操作用の空気を送る第２供給管３２が設置される。

次に上記のように構成された実施の形態１のガス乾燥器３の動作について説明する。まず、回転電機１内に封入された水素ガスは、第１配管２を通り、ガス乾燥器３に送られ、ガス乾燥器３にて乾燥され、再び第２配管３０を介して回転電機１内に戻される。ガス乾燥器３には２塔の第１乾燥塔４および第２乾燥塔５が設けられている。

第１乾燥塔４または第２乾燥塔５のうち、いずれか１方が、回転電機１の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側Ａに切り替えられ、他方の第１乾燥塔４または第２乾燥塔５が、内に設置される第１乾燥剤６または第２乾燥剤７の再活性化を行う再活性回路側Ｂに切り替えられ用いられる。

ここでは、まず、第１乾燥塔４が乾燥回路側Ａに切り替えられ、第２乾燥塔５が再活性回路側Ｂに切り替えられている状態とする。よって、第１乾燥塔４は第１配管２、第２配管３０を介して回転電機１に乾燥回路側Ａとして接続される。そして、第２乾燥塔５は冷却器１４、放出部１５、ブロワ１２などの設けられた第２乾燥剤７の再活性回路側Ｂとして接続される。

よって、ガス乾燥器３に送られた水素ガスは、第１四方弁１０および第２四方弁１１により、回転電機１へ接続されている第１乾燥塔４へ送られる。次に、第１乾燥塔４へ送られた水素ガスは、第１乾燥塔４内の第１乾燥剤６によって除湿され、乾燥した水素ガスは第２配管３０を通り、回転電機１へ戻される。

この際、第１乾燥剤６が、水素ガス中の水分を十分に除湿している場合には、ガス乾燥器３の出口側の第２露点計２９の計測結果は低い値となる。しかしながら、第１乾燥剤６が多量の水分を吸収し、吸収限界に近づくと、水素ガス中の水分を除湿しきれず、水分を含んだまま第１乾燥塔４を出るため、第２露点計２９の計測結果が高い値となる。

第２露点計２９の計測結果が、ある値（任意で設定可能）を超えた場合、第３電磁弁２１を動作させ、第１四方弁１０および第２四方弁１１を切り替える。その結果、それまで回転電機１に乾燥回路側Ａとして接続されていた第１乾燥塔４は再活性回路側Ｂに切り替えられ、第２乾燥塔５が乾燥回路側Ａに切り替えられる。すなわち、乾燥回路側Ａに切り替えられた第２乾燥塔５は回転電機１に接続され、上記場合と同様に、回転電機１の水素ガス中の水分を除湿する。

次に、再活性回路側Ｂに切り替えられた第１乾燥塔４は、第１乾燥塔４内の第１乾燥剤６の再活性が行なわれる。まず、第１乾燥塔４に設けられた第１圧力伝送器２６の計測結果が大気圧よりも大きい場合には、大気圧となるまで、第２電磁弁２０を開とし、放出管３１を介してガス乾燥器３外へ水素ガスを放出する。そして、第１乾燥塔４内の圧力が大気圧まで下がると、第２電磁弁２０を閉とする。

次に、ブロワ１２を運転し、再活性回路側Ｂのガス（再活性回路側Ｂのガスとは、再活性回路側Ｂの配管、機器などを通過するガスを指すものであり、具体的には水分を含んだ水素ガスとなる）を循環させ、第１ヒータ８の電源を入れる。この第１ヒータ８の温度は、第１測温素子２２および第３測温素子２４の計測結果を基に一定に制御する。

次に、第１ヒータ８によって加熱された高温のガスが、第１乾燥剤６に送られると、第１乾燥剤６に吸収されていた水分が水素ガス中に放出されるため、水素ガスが加湿される。次に、加湿された水素ガスは冷却器１４に送られる。次に、冷却器１４では供給部１３から供給される圧縮空気にて、再活性回路側Ｂのガス中の水分を凝縮できる温度の空気（以下、超低温空気とする）を発生する。そして、冷却器１４では超低温空気にて水素ガスを冷却し、水素ガス中の水分が凝縮される。

尚、この冷却器１４にて用いられる圧縮空気は、水分を含んだ圧縮空気を用いると、冷却器１４の内部で超低温空気を生成する際に凍結してしまい、冷却器１４の内部に詰まりが生じる可能性があるため、冷却器１４の内部に詰まりが生じない程度に乾燥した圧縮空気の供給が必須となる。

そして、凝縮された水分は放出部１５で回収されガス乾燥器３外へ放出される。冷却器１４によって水分が取り除かれた水素ガスは、ブロワ１２により、第１乾燥塔４に送られ、再び第１ヒータ８で加熱され第１乾燥剤６の再活性を行なう。この第１乾燥剤６の再活性の動作を一定時間行なった後、第１ヒータ８、冷却器１４、ブロワ１２を停止し、再び第１乾燥塔４が乾燥回路側Ａに切り替えられるまで待機する。

このように、ガス乾燥器３は、第１乾燥塔４および第２乾燥塔５を、乾燥回路側Ａまたは再活性回路側Ｂに切り替えることにより、回転電機１内の水素ガスの乾燥を常に行うことができる。

尚、本実施の形態１においては、ガス乾燥器３として、２塔式の乾燥塔を例に示したが、これに限られることはなく、３塔以上の乾燥塔を備える場合であっても、いずれかの１塔が乾燥回路側Ａ、また、他のいずれかの１塔が再活性回路側Ｂに切り替えれば、上記実施の形態１と同様に行うことができる。また、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。

また、電気機器として回転電機１の例を用いて示したが、他の電気機器であっても、水素ガスにより冷却を行っており、当該水素ガスの乾燥を行う必要があれば同様に行うことができる。また、このことは以下の実施の形態においても同様であるため、その説明は適宜省略する。

上記のように構成された実施の形態１のガス乾燥器によれば、
水素ガスが封入された電気機器の前記水素ガスの乾燥を行うガス乾燥器において、
第１乾燥剤を内に設置した第１乾燥塔と、
第２乾燥剤を内に設置した第２乾燥塔とを備え、
前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔のいずれか１方が、前記電気機器の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側に切り替えられ、他方の前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔が、内に設置される前記第１乾燥剤または前記第２乾燥剤の再活性化を行う再活性回路側に切り替えられ、
前記再活性回路側には、圧縮空気の供給にて前記再活性回路側のガス中の水分を凝縮できる温度の空気を発生する冷却器を備えるので、
圧縮空気の供給で稼働する冷却器により、各乾燥剤の再生を行うことができるため、水素ガスの防爆に対しての考慮が最低限ですみ、構造が簡便となり、低コストが可能となる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２におけるガス乾燥器の構成を示す図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。ここでは、上記実施の形態１では冷却器１４への圧縮空気の供給をガス乾燥器３の外部から行う例を示したが、これに限られることはなく、ガス乾燥器３内に、冷却器１４の圧縮空気の供給するエアコンプレッサ３３を設置する。

これは、上記実施の形態１でも示したとおり、冷却器１４にて用いられる圧縮空気は、水分を含んだ圧縮空気を用いると、冷却器１４の内部で超低温空気を生成する際に凍結してしまい、冷却器１４の内部に詰まりが生じる。ガス乾燥器３の外部に設置された供給部１３の環境に応じては、乾燥した圧縮空気を供給できない場合がある。よって、本実施の形態２では、ガス乾燥器３内に、冷却器１４に乾燥した圧縮空気が供給できるエアコンプレッサ３３を設置する。尚、エアコンプレッサ３３以外の構成は上記実施の形態１と同様であり、同様の動作を行うため説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２のガス乾燥器によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、
前記冷却器に圧縮空気を供給するエアコンプレッサを備えたので、
圧縮空気を外部から供給できない環境においても、エアコンプレッサにより簡便に冷却器に圧縮空気の供給が可能となり、ガス乾燥器の使用が可能となる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１回転電機、２第１配管、３ガス乾燥器、４第１乾燥塔、５第２乾燥塔、６第１乾燥剤、７第２乾燥剤、８第１ヒータ、９第２ヒータ、１０第１四方弁、１１第２四方弁、１２ブロワ、１３供給部、１４冷却器、１５放出部、１６第１供給管、１７第１電磁弁、１８第１安全弁、１９第２安全弁、２０第２電磁弁、２１第３電磁弁、２２第１測温素子、２３第２測温素子、２４第３測温素子、２５第４測温素子、２６第１圧力伝送器、２７第２圧力伝送器、２８第１露点計、２９第２露点計、３０第２配管、３１放出管、３２第２供給管、３３エアコンプレッサ。

Claims

水素ガスが封入された電気機器の前記水素ガスの乾燥を行うガス乾燥器において、
第１乾燥剤を内に設置した第１乾燥塔と、
第２乾燥剤を内に設置した第２乾燥塔とを備え、
前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔のいずれか１方が、前記電気機器の水素ガスの乾燥を行う乾燥回路側に切り替えられ、他方の前記第１乾燥塔または前記第２乾燥塔が、内に設置される前記第１乾燥剤または前記第２乾燥剤の再活性化を行う再活性回路側に切り替えられ、
前記再活性回路側には、圧縮空気を用いてボルテックス原理により前記再活性回路側のガス中の水分を凝縮できる温度である前記圧縮空気との最大温度差−７５℃の空気を発生させ前記水素ガスを冷却する冷却器を備え、
前記冷却器に前記圧縮空気を供給するエアコンプレッサを備えたガス乾燥器。