JPH0940401A - 発電機封入水素の純度維持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電機内に封入された水素ガスの高純度維持
が可能であり、かつ、水素吸蔵合金を用いた装置のよう
なメタンガスの発生や合金粉末の飛散等のおそれがない
水素純度維持装置を提供する。 【解決手段】 水素冷却式タービン発電機の発電機４内
に封入された水素ガスの一部を引き込んで精製した後、
精製された水素ガスを発電機４内に送り戻す水素精製ラ
イン８を有する発電機封入水素の純度維持装置であっ
て、上記水素精製ライン８中にパラジウム膜１を配し、
該パラジウム膜１を透過させることによって水素ガスの
精製を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素冷却式タービ
ン発電機の冷却及びガス抵抗損失（風損）低減のために
発電機内に封入されている水素ガスを、高純度に維持す
るための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水素冷却式タービン発電機には、冷却及
び風損低減のために高純度の水素ガスが封入されてい
る。この水素ガスの純度は、運転の継続とともに軸封油
を介して発電機内に混入してくる空気などの不純物によ
って次第に低下してくる。この純度低下を放置しておく
と発電効率が低下するので、発電機内の水素ガス純度を
維持するための対策が必要となる。

【０００３】従来の対策の１つとして、高純度水素ガス
を充填したガスボンベにより、定期的に発電機内水素ガ
スを高純度水素ガスと置換するという対策が知られてい
る。また、近年においては、水素吸蔵合金を利用した水
素純度維持装置を用いて、常時発電機内水素を精製（純
度９９．５〜９９．９％に維持）することも行われてい
る。この水素純度維持装置は、発電機内の水素ガスの一
部を抜き出して水素吸蔵合金が収容された精製容器に導
入し、水素吸蔵合金に水素だけを吸収させた後、吸収さ
れなかった不純物を系外に排出し、その後水素吸蔵合金
から水素ガスを放出させて発電機内に戻すようしたもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高純度
水素ガスを充填したガスボンベにより、発電機内水素ガ
スを高純度水素ガスと置換する対策においては、その置
換が定期的（通常１日に１回程度）であるため、常に高
純度に維持しておくことが困難である。また、置換作業
を手動操作により行わなければならないので煩雑であ
る。

【０００５】水素吸蔵合金を利用した装置による水素精
製においては、水素が吸蔵合金中のカーボン等と反応
し、メタンガスが発生するおそれがある。更に、水素の
吸蔵を繰り返すことにより合金自体が微粉化し、この際
に容器に応力が加わったり、微粉化した合金が水素放出
時に飛散することがある。

【０００６】また、水素吸蔵合金への水素の吸蔵は発熱
反応であり、一方、水素吸蔵合金からの水素の放出は吸
熱反応であるので、水素を吸蔵・放出させるためには、
水素吸蔵合金の加熱・冷却を交互に繰り返す操作が必要
である。更にまた、この装置では、水素の吸蔵工程と放
出工程が交互に繰り返されるため、１基の精製容器では
一定量の精製ガスを連続的に得ることは困難であり、精
製ガス発生量の変動を小さく抑えるためには、精製容器
を複数（通常２基）設けて、一方が吸蔵工程にあるとき
は他方が放出工程になるように交互に切り換えて運転す
る必要がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、発電機内に封入さ
れた水素ガスの高純度維持が可能であり、かつ、上記水
素吸蔵合金を用いた場合に生じる種々の問題がない発電
機封入水素の純度維持装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素冷
却式タービン発電機の発電機内に封入された水素ガスの
一部を引き込んで精製した後、精製された水素ガスを発
電機内に送り戻す水素精製ラインを有する発電機封入水
素の純度維持装置であって、上記水素精製ライン中にパ
ラジウム膜を配し、該パラジウム膜を透過させることに
よって水素ガスの精製を行うことを特徴とする発電機封
入水素の純度維持装置、が提供される。

【０００９】なお、本発明において、「パラジウム膜」
とは、パラジウムを主成分とする膜の意であり、パラジ
ウムのみからなる膜の他、パラジウムと他の金属との合
金からなる膜も含むものとする。

【００１０】上記のように本発明の装置は、水素精製ラ
イン中にパラジウム膜を配したものである。パラジウム
膜には、水素ガス及び水素ガス以外の不純物ガスを含ん
だ混合ガス中から水素ガスだけを選択的に透過する特性
があることが知られている。本発明では、この特性を利
用して発電機内に封入された水素ガスを連続的に精製す
るようにしたものである。この装置を用い、発電機内の
水素ガスをパラジウム膜を配した水素精製ラインに循環
させることによって、発電機内の水素ガスを常時高純度
（純度９９．５％以上）に維持することができる。

【００１１】なお、パラジウム膜の上記特性を十分に発
揮させるためには、膜を透過するガスの温度を一定温度
以上に保つ必要があるが、従来の水素吸蔵合金を用いた
装置のように加熱と冷却を交互に繰り返して運転する必
要はない。また、パラジウム膜を透過させるだけの単純
な精製機構によるので、装置構成を簡単にすることがで
きる。更に、精製は連続的に行われるので、精製ガスの
量の変動が少なく、発電機内への精製ガスの安定した供
給（送り戻し）が行える。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の装置の概要を発
電機とともに示した説明図である。図中の符号４は発電
機、６はタービン、８は水素精製ライン、１はパラジウ
ム膜、１０は高純度水素ガスが充填された水素ボンベを
それぞれ示している。発電機４内には、その運転開始前
において水素ボンベ１０より初期充填された水素ガスが
封入されている。発電機４の運転により不純物が混入し
てきた発電機内の水素ガスは、その一部が水素精製ライ
ン８に引き込まれパラジウム膜１を透過することによっ
て高純度に精製される。精製された水素は水素精製ライ
ン８を通じて再び発電機内に送り戻される。

【００１３】このように、発電機４内の水素ガスを水素
精製ライン８に循環させて、常時発電機内水素の精製を
行うことにより、発電機４内の水素が高純度に維持され
る。具体的には、純度９９．５〜９９．９％程度に維持
することが可能である。

【００１４】本発明において、パラジウム膜は、片端が
封じられた管状体のパラジウム膜として用いるのが好ま
しく、これを容器内に収容したパラジウム膜式水素精製
器として水素精製ライン中に配置することが好ましい。

【００１５】この場合、発電機から引き込まれた不純物
含有水素ガスは上記管状体の外表面に導かれ、ガス中の
水素のみがパラジウム膜を透過して管状体内部に流入
し、精製水素ガスとして再び発電機内に戻される。な
お、精製された水素ガスに不純物含有水素ガスが混入し
ないよう、容器内には管状体内部に通じる空間部分と管
状体外表面に通じる空間部分とを仕切る隔壁を設ける。

【００１６】パラジウム膜の水素透過性能は膜厚に反比
例するため、膜厚はできるだけ薄くすることが好ましい
が、あまりに薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやす
くなるので、１〜５０μｍ程度とすることが好ましい。
また、パラジウムに１０〜３０重量％程度の銀を加えた
パラジウム合金膜を用いると、純パラジウム膜を用いた
場合に比して水素脆化を起こしにくく好ましい。

【００１７】なお、パラジウム膜を透過させるために
は、パラジウム膜によって仕切られた不純物含有水素ガ
ス側と精製水素ガス側との両者間に圧力差を設けるこ
と、すなわち不純物含有水素ガス側の圧力を精製水素ガ
ス側の圧力より高くすることが必要なので、通常、水素
精製ライン中のパラジウム膜の前段（不純物含有水素ガ
ス側）に昇圧手段としてコンプレッサ等の昇圧機器が設
けられる。

【００１８】更に、不純物含有水素ガス中には、発電機
の軸封部から漏入したオイルベーパーが存在するが、こ
のオイルベーパーがパラジウム膜に付着すると、精製能
が低下するおそれがあるので、水素精製ライン中のパラ
ジウム膜の前段に、このようなオイルベーパーを除去す
るための油除去手段を設けることが好ましい。この油除
去手段としては、例えばオイルベーパーを吸着して除去
できる活性炭などが好適に用いられる。

【００１９】また、不純物含有水素ガス中に含まれる不
純物ガスのうち酸素（Ｏ₂）は、その濃度が高いとパラ
ジウム膜上で水素を酸化させて透過を妨げるので、水素
精製ライン中のパラジウム膜の前段に、Ｏ₂を除去し、
ガス中のＯ₂濃度を低下させるための酸素除去手段を設
けることが好ましい。この酸素除去手段としては、具体
的には、パラジウムを主成分とする粒状の金属で、水素
の酸化を活性化し、ガス中の水素と酸素を反応させて水
にするパラジウム触媒と、その反応により生じた水を除
湿するためのシリカゲル等とからなるものなどが好適に
使用できる。パラジウム膜に到達する前に、この酸素除
去手段によって、ガス中のＯ₂濃度が数ｐｐｍまで低下
していることが望ましい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係る装置の一実施例を、図面
に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこの実施
例に限定されるものではない。

【００２１】図２は、本発明に係る装置の一実施例を示
すフロー図である。図中、２はパラジウム膜式水素精製
器（パラジウム膜モジュール）であり、片端が封じられ
た管状体のパラジウム膜が容器内に収容され、膜を透過
するガスを昇温する加熱器が付加されている。容器内に
は、パラジウム膜を透過した高純度水素ガスが膜を透過
しなかった不純物と混合しないよう隔壁が設けられてい
る。

【００２２】１２と１４は水素精製ラインで、このうち
ライン１２は発電機内ガスの一部を引き込んでパラジウ
ム膜モジュール２に導くためのラインであり、ライン１
４はパラジウム膜を透過し精製された高純度水素ガスを
発電機内へ送り戻すためのラインである。

【００２３】ライン１２中には、ガスがパラジウム膜を
透過するよう圧力差を与えるためのコンプレッサ１８、
軸封部から漏入したオイルベーパーを除去するための油
除去手段２０、及びガス中のＯ₂濃度を下げるための酸
素除去手段２２が配されている。これらコンプレッサ１
８、油除去手段２０及び酸素除去手段２２の配置順は任
意であり、必ずしも図に示す順序でなくてもよい。ま
た、ライン１４中には空冷コイル２４及び逆止弁２６が
配されている。

【００２４】１６はパラジウム膜を透過できなかった不
純物ガスを系外に排出するためのパージラインであり、
このライン中には空冷コイル２８、ニードル弁３０及び
流量計３２が配されている。

【００２５】発電機よりライン１２を通じて当該装置中
に引き込まれた発電機内封入水素ガスは、コンプレッサ
１８で昇圧されるとともに、油除去手段２０によりガス
中のオイルベーパーが取り除かれ、更に酸素除去手段２
２によりガス中Ｏ₂濃度を数ｐｐｍまで下げられた後、
パラジウム膜モジュール２に至る。ここでパラジウム膜
を透過した精製水素ガスはライン１４を通じて発電機内
に戻される。一方、パラジウム膜を透過することができ
なかった水素以外の不純物ガスは、ライン１６を通じて
系外に排出される。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の装置を用
いることにより、発電機内に封入された水素ガスを高純
度に維持することができる。しかも、本発明の装置は構
成が簡単で、操作も容易である。また、水素吸蔵合金を
用いた装置のようなメタンガスの発生や合金粉末の飛散
等のおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る装置の概要を示す説明図である。

【図２】本発明に係る装置の一実施例を示すフロー図で
ある。

【符号の説明】

１…パラジウム膜、２…パラジウム膜モジュール、４…
発電機、６…タービン、８…水素ガス精製ライン、１０
…水素ボンベ、１２…水素ガス精製ライン、１４…水素
ガス精製ライン、１６…パージライン、１８…コンプレ
ッサ、２０…油除去手段、２２…酸素除去手段、２４…
空冷コイル、２６…逆止弁、２８…空冷コイル、３０…
ニードル弁、３２…流量計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素冷却式タービン発電機の発電機内に
   封入された水素ガスの一部を引き込んで精製した後、精
   製された水素ガスを発電機内に送り戻す水素精製ライン
   を有する発電機封入水素の純度維持装置であって、上記
   水素精製ライン中にパラジウム膜を配し、該パラジウム
   膜を透過させることによって水素ガスの精製を行うこと
   を特徴とする発電機封入水素の純度維持装置。
2. 【請求項２】 水素精製ライン中のパラジウム膜の前段
   に、昇圧手段を設けた請求項１記載の純度維持装置。
3. 【請求項３】 水素精製ライン中のパラジウム膜の前段
   に、ガス中に漏入したオイルベーパーを除去するための
   油除去手段を設けた請求項１記載の純度維持装置。
4. 【請求項４】 水素精製ライン中のパラジウム膜の前段
   に、ガス中に含まれる酸素を除去してガス中酸素濃度を
   低下させるための酸素除去手段を設けた請求項１記載の
   純度維持装置。