(57)【要約】【課題】対象タンクから回収したＳＦ６のうち、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減することが可能なガス回収再充填システムを提供する。【解決手段】対象タンク（１）内のガスを分離濃縮する分離装置（２）と、分離装置で分離濃縮されたガスを液化する液化部（５）と、液化部に直結された気液分離器（６）と、気液分離器で分離された気相流体を回収する気相回収容器（７）と、気液分離器で分離された液相流体を回収する液相回収容器（８）と、気相回収容器に回収された気相流体と液相回収容器に回収された液相流体を対象タンクに還流することで再充填する制御部（２０）とを備える。【選択図】図１
2014228127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象タンク内のガスを分離濃縮する分離装置と、
前記分離装置で分離濃縮された前記ガスを液化する液化部と、
前記液化部に直結された気液分離器と、
前記気液分離器で分離された気相流体を回収する気相回収容器と、
前記気液分離器で分離された液相流体を回収する液相回収容器と、
前記気相回収容器に回収された前記気相流体と前記液相回収容器に回収された前記液相流体を前記対象タンクに還流することで再充填する制御部と
を備えるガス回収再充填システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス回収再充填システムにおいて、
前記制御部は、前記気相回収容器と前記液相回収容器との容量比、および前記分離装置での分離濃縮濃度に応じて、前記気相回収容器と前記液相回収容器の再充填の順番を決定して再充填制御を行う
ガス回収再充填システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス回収再充填システムにおいて、
前記分離装置からの排気ガスを回収する排気ガス回収容器をさらに備え、
前記制御部は、前記排気ガス回収容器に回収された前記排気ガスを前記対象タンクに還流する
ガス回収再充填システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス回収再充填システムにおいて、
前記気相回収容器と前記液相回収容器とを接続する配管をさらに備え、
前記制御部は、前記気相回収容器に残留したガスを前記液相回収容器に導入し圧力を高める
ガス回収再充填システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のガス回収再充填システムにおいて、
前記気相回収容器および前記液相回収容器の少なくとも一方は複数の容器からなり、
前記制御部は、各回収容器毎に、順次回収制御および再充填制御を行う
ガス回収再充填システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合ガスを回収し、再充填するシステムに関し、特に、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減することのできるガス回収再充填システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＦ６ガスは、高い消弧性と絶縁耐圧性に優れるため、電力系統における遮断器・断路器の絶縁ガスとして広く使用されている。しかしながら、ＳＦ６ガスは、地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が２３９００と大きい。このため、近年の環境負荷低減を目指す取り組みとして使用量の削減が求められ、世界各国でその規制強化が始まっている。使用量削減の方策として、代替ガスを採用する方法や、窒素などでＳＦ６を希釈したＳＦ６混合ガスを使用する方法が有力である。
【０００３】
ＳＦ６が充填された遮断器等の機器は、定期的に内部点検を実施する。この際、ＳＦ６を大気に排出することなく回収し、ＳＦ６の再利用が可能な場合、再び機器内部に充填する（再充填）。再充填のため、作業現場にてＳＦ６を一時的に貯蔵する場合、作業現場スペースの有効利用の観点から、回収した絶縁ガス（ＳＦ６）を液化し、減容貯蔵する必要がある。再充填する際には、機器の対象タンクを真空引きした上で、回収ガスと対象タンクの圧力差を利用して再充填する方法が一般的である（差圧充填）。
【０００４】
このような観点から、ＳＦ６の代替ガスとしてＳＦ６混合ガスを用いた場合にも、混合ガス中のＳＦ６を大気に排出せず、減容して回収する必要がある。
【０００５】
混合ガスを減容回収する場合には、分離膜や吸着剤を用いて、混合ガス中のＳＦ６を分離濃縮した後に液化し、再充填に備える方法がある。分離膜や吸着剤を用いたＳＦ６の分離濃縮については、後述する。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、ＳＦ６と希釈ガスからなる混合ガスの分離回収充填装置が提案されている。特許文献１の図１では、回収するガスが充填された被回収容器２６は、ガス分離部２１と接続される。また、ガス分離部２１は、その後段に、加圧部２２、液化部２３および貯留タンク２４が接続されている。ガス分離部２１にて分離したガスは、被回収容器２６にも導入可能な構成であり、また、被回収容器２６は、ガス供給部１００と接続されている。
【０００７】
混合ガス回収時には、分離部２１により、濃縮されたＳＦ６ガスを加圧部２２で加圧液化し、液化部２３に備えられた液化タンク３５の底部に溜まる液相ＳＦ６を、別途設けた貯留タンク２４に貯留し、再充填に備えている。また、再充填時には、貯留タンク２４に貯留したＳＦ６や、ガス供給部１００に備えられたＳＦ６や希釈ガスのボンベあるいはガス分離部２１での排ガスなどを使用し、被回収容器２６の濃度、圧力を参照しながら、ガスを被回収容器２６に再充填する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４０６４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上記の特許文献１においては、回収したＳＦ６を再充填するとの記載があるものの、回収したＳＦ６のうち、再充填するＳＦ６の割合については考慮されていない。再充填できずに残るＳＦ６の割合が多くなると、ガス供給部のＳＦ６ボンベの使用量が増大することになる。このガス供給部のＳＦ６は、新たに作り出されたものであり、新たなＳＦ６の使用量を増やすことは、地球環境保護の観点から好ましくない。
【００１０】
つまり、回収したＳＦ６の再充填率を上げて、新たなＳＦ６の使用量を減らす必要がある。しかしながら、特許文献１記載の技術では、液化部２３で液化した液相ＳＦ６が、貯留タンク２４に回収される過程で液化タンク３５を経由するため、膨張し、一部が気化する。その結果、再充填できずに残るＳＦ６の割合が多くなり、回収したＳＦ６の再充填率を上げて、新たなＳＦ６の使用量を減らすという課題を解決できない。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、回収したＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減することが可能なガス回収再充填システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るガス回収再充填システムは、対象タンク内のガスを分離濃縮する分離装置と、分離装置で分離濃縮されたガスを液化する液化部と、液化部に直結された気液分離器と、気液分離器で分離された気相流体を回収する気相回収容器と、気液分離器で分離された液相流体を回収する液相回収容器と、気相回収容器に回収された気相流体と液相回収容器に回収された液相流体を対象タンクに還流することで再充填する制御部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液化部の直後に気液分離器を設け、気相流体であるＳＦ６と液相流体であるＳＦ６とを直ちに分離して別々に回収することにより、回収したＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減することが可能なガス回収再充填システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１によるガス回収再充填システムの構成図である。
【図２Ａ】分離膜にて分離装置を構成した例を説明するための図である。
【図２Ｂ】吸着剤にて分離装置を構成した例を説明するための図である。
【図３】再充填できずに残るＳＦ６の割合を比較したグラフ図である。
【図４】分離濃縮濃度と再充填できずに残るＳＦ６の割合を説明するためのグラフ図である。
【図５】比Ｖ１／Ｖ２と基準濃度の関係を説明するためのグラフ図である。
【図６】分離濃縮濃度と再充填できずに残るＳＦ６の割合を説明するためのグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態２によるガス回収再充填システムを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３によるガス回収再充填システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるガス回収再充填システムの構成図である。本実施の形態１では、絶縁ガスとしてＳＦ６／Ｎ２混合ガスが適用された場合について説明する。
【００１６】
本実施の形態１におけるガス回収再充填システムは、遮断器・断路器などに代表される機器（図示しない）中の絶縁ガスが封入された対象タンク１、分離装置２、圧縮器３と冷凍器４とからなる液化部５、気液分離器６、気相回収容器７、液相回収容器８、排気ガス回収容器９および原料ガス供給源１０、１１を備えている。これらの機器は、配管にて接続されて連通している。
【００１７】
また、配管各所には電磁弁２１および逆止弁３１を有する。さらに、対象タンク１、気相回収容器７および液相回収容器８には、圧力センサ２２−１、２２−７、２２−８およびＳＦ６濃度センサ２３が備えられており、各センサの出力結果に基づいて、電磁弁２１（２１−７〜１１）を制御装置２０にて操作する。対象タンク１には、ガス回収時に使用する弁２９−１およびガス再充填時に使用する弁２９−２が設けられている。
【００１８】
分離装置２について説明すると、この分離装置２は、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスのＳＦ６を分離濃縮する装置であり、たとえば分離膜または吸着剤にて構成される。
【００１９】
分離装置２が分離膜で構成された例を図２Ａに示す。
分離膜１００は、ポリイミド樹脂などが中空糸状に形成され、筐体に収納された膜モジュール１００−０の形で使用されるのが一般的である。中空糸膜内部に導入されたガスは、中空糸膜内外のガス圧力差を駆動力として分離膜１００を透過する。分離膜１００では、ガス種によって透過速度が異なり、これを利用して混合ガスから目的成分を分離する。
【００２０】
詳細な原理は省略するが、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスの場合、ＳＦ６の透過速度がＮ２に比して小さい。このため、中空糸膜内に導入されたガス成分のうち、ＳＦ６の多くは分離膜１００を透過せず、膜モジュール１００−０の非透過ガス出口１１１から排出される。また、Ｎ２の多くは、分離膜１００を透過して膜モジュール１００−０の透過ガス出口１１２から排出される。この結果、ＳＦ６が分離濃縮されたガス（分離濃縮ガス）が非透過ガス出口１１１側より得られる。
【００２１】
ＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、対象タンク１に接続される接続ポート５１より分離装置２に導入される。混合ガスは、膜モジュール１００−０の前段に取り付けられた前処理部１０５を経由し、混合ガス中に同伴する腐食性ガスや微小パーティクルが除去される。
【００２２】
その後、圧力調節器１０１にて分離膜１００での圧力差を設定の上、分離膜１００が収納された膜モジュール１００−０に混合ガスが導入される。対象タンク１内のガス圧力のみで所望の圧力差を設定できない場合には、圧力調節器１０１の前段に設けられた昇圧ポンプ１０４や真空ポンプ１０４−１を適宜使用する。
【００２３】
非透過ガス出口１１１側には、圧力調節器１０２および流量調節器１０３が設けられる。これにより、膜モジュール１００−０に導入するガス流量を調節し、分離濃縮濃度および流量を調節できる。分離濃縮ガスは、液化部５に通ずるガス取出口５２より導出される。
【００２４】
また、透過ガス出口１１２側には真空ポンプまたは昇圧ポンプ１０６が配され、透過ガスは、排気ガス回収容器９に通ずるガス取出口５３より排出される。真空ポンプ１０６は、分離膜１００での圧力差の設定に使用できる。また、昇圧ポンプは、排気ガス回収容器９にガスを回収するために使用される。
【００２５】
一般に、分離濃縮ガスの濃度を高くするためには、分離膜１００での圧力差を大きく設定し、非透過ガス出口１１１側の流量を小さく設定することが多い。分離膜１００を使用した分離装置２は、分離濃縮濃度の向上や分離膜１００を透過するＳＦ６量を低減する目的で、複数の膜モジュール１００−０を接続した様々な構成が適用でき、図２Ａに限定されるものではない。
【００２６】
次に、分離装置２が吸着剤で構成された例を図２Ｂに示す。ここでは、ＳＦ６をほとんど吸着せず、Ｎ２ガスを吸着するゼオライトが吸着剤として充填された吸着塔２００を２つ用いる場合で説明する。吸着塔２００に導入されるガス圧力（操作圧）を高めるほど、Ｎ２が吸着剤に吸着し、また、逆に吸着塔２００内のガス圧力（操作圧）を低減すると、吸着したＮ２が脱着する。
【００２７】
対象タンク１に接続される接続ポート５１より、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスが分離装置２に導入される。混合ガスは、吸着塔２００の前段に設置された前処理部２０５にて、混合ガス中の腐食性ガスや微小パーティクルが除去される。その後、圧力調節器２０１にて所定の圧力を設定の上、吸着塔２００に混合ガスが導入される。対象タンク内のガス圧力のみで所望の圧力を設定できない場合には、圧力調節器２０１の前段に設けられた昇圧ポンプ２０４や真空ポンプ２０４−１を使用する。
【００２８】
吸着塔２００ａにＳＦ６／Ｎ２混合ガスを導入する場合を考える。このとき、弁２０７ａおよび２０８ａは、開状態、弁２０９ａは、閉状態である。また、吸着塔２００ｂに通ずる弁２０７ｂおよび２０８ｂは、閉状態である。吸着塔２００ａ内では、ＳＦ６／Ｎ２混合ガス中のＮ２が吸着剤に吸着し、吸着されないＳＦ６は、分離濃縮ガスとして、弁２０８ａを経由し、液化部５に通ずるガス取出口５２へ導出される。
【００２９】
吸着塔２００ａ内の吸着剤が飽和吸着に近づき、弁２０８ａ側から得られる分離濃縮濃度が所定の濃度以下になったとき、弁２０７ａおよび弁２０８ａを閉状態に、弁２０９ａを開状態に切換える。さらに、真空ポンプ２０６により吸着塔２００ａ内を減圧して吸着剤に吸着したＮ２ガスを脱着し、排気ガス回収容器９に通ずるガス取出口５３に導出する。Ｎ２ガスの脱着により、吸着塔２００ａ内の吸着剤は、再生され、再び、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスの導入に備えることができる。
【００３０】
吸着剤２００ａが脱着過程の時、弁２０７ｂおよび２０８ｂを開状態とし、弁２０９ｂを閉状態として吸着塔２０１ｂ内にＳＦ６／Ｎ２混合ガスを導入し、吸着塔２０１ｂを吸着過程で動作させる。
【００３１】
吸着塔２０１ａおよび吸着塔２０１ｂの吸着・脱着運転を交互に切換えることで、連続的にＳＦ６／Ｎ２混合ガスからＳＦ６を分離濃縮できる。なお、図には示していないが、排気ガス回収容器９に排気ガスを回収するために、真空ポンプ２０６の後段に必要に応じて昇圧ポンプを接続してもよい。
【００３２】
以上、分離装置２について、分離膜または吸着剤にて構成した場合を説明したが、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスから目的ガス成分を分離濃縮し、分離濃縮ガスおよび排気ガスを取り出すことできる装置であれば、その分離方法や使用方法、動作条件等は、特に限定されない。
【００３３】
次に、図１に示したガス回収再充填システムを用いたガス回収動作について説明する。
対象タンク１内のＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、分離装置２にて分離濃縮されて液化部５に導入される。このとき弁２９−１は、開状態、弁２９−２は、閉状態である。液化部５では、分離濃縮ガスを圧縮器３で圧縮、冷凍器４で冷却し、ＳＦ６／Ｎ２混合ガス中のＳＦ６を液化する。
【００３４】
ＳＦ６は、たとえば０℃において飽和蒸気圧が１．２ＭＰａである。したがって、分離濃縮ガスを圧縮する場合、圧縮冷却後のＳＦ６の分圧が１．２ＭＰａ、温度が０℃であれば、ＳＦ６が液化する。液化を容易にする観点からは、分離濃縮濃度を高く設定して、ＳＦ６の分圧を高くする方が良いが、後で説明するように分離濃縮濃度は限定しない。
【００３５】
分離濃縮ガスは、液化部５を経由した後、液相ＳＦ６と気相のＳＦ６／Ｎ２混合ガスとなる。十分な冷凍能力がある液化部５では、ＳＦ６の全量が液化するが、臨界温度が−１９６℃であるＮ２は液化せず、気体で存在する。そのためＳＦ６は気液平衡の状態にある。
【００３６】
本ガス回収再充填システムでは、液化部５の直後に気液分離器６を設け、液化したＳＦ６を直ちに分離し、あらかじめ真空引きしておいた液相回収容器８に回収する。また、気液分離器６で分離された気相のＳＦ６／Ｎ２混合ガスを、あらかじめ真空引きしておいた気相回収容器７に回収する。このように気相と液相とをそれぞれ別々の容器に回収し、再充填に備える。
【００３７】
対象タンク１中のＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、最終的に分離装置２内に設けられている真空ポンプにより、ほぼ全量が回収される。回収終了時、対象タンク１内に残存するＳＦ６量は、少ない方が望ましいため、真空引き時の到達圧力を低く設定する場合が多い。なお、分離装置２にて生成する排気ガスは、大気排出しても良いが、無視できない量のＳＦ６が含まれる場合には、大気排出は好ましくない。したがって、排気ガス回収容器９に全量回収し、このガスも再充填に備える。
【００３８】
次に、図１に示したガス回収再充填システムにおけるガス再充填動作について説明する。再充填する前には、内部点検を終えた対象タンク１を真空引きして内部の空気を排出し、弁２９−１を閉状態にする。まず、液相ＳＦ６が回収された液相回収容器８と真空引きした対象タンク１が連通するように、弁２９−２および電磁弁２１−８を開状態に、その他の電磁弁および弁を閉状態にする。このとき、液相回収容器８内と対象タンク１内の圧力差により、対象タンク１内にＳＦ６が再充填される。
【００３９】
圧力センサ２２−１および２２−８が示す圧力値が同等になったとき、もしくは圧力値の時間変化がなくなったとき、電磁弁２１−８を閉状態に切換えるとともに、気相回収容器７に通ずる電磁弁２１−７を開状態に切換える。この場合も、対象タンク１内の圧力と気相回収容器７の圧力差により、対象タンク１に気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガスが流入し、圧力値の時間変化がなくなるまで再充填される。このとき、逆止弁３１−１により、一旦対象タンク１に再充填されたガスが回収容器側に逆流することはない。
【００４０】
この後、対象タンク１内を所定のＳＦ６濃度および封入圧力まで再充填するため、排気ガス回収容器９中に回収しておいたガスを再充填する。最後に、圧力センサ２２−１および濃度センサ２３を参照しながら、原料ガス供給源１０および１１を使用し、所定のＳＦ６濃度および圧力を実現するまでガスを充填する。
【００４１】
このように、本発明のガス回収再充填システムでは、別々に回収した気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガスと液相ＳＦ６とを、別々に対象タンク１に差圧再充填している。一連のＳＦ６／Ｎ２混合ガス回収・再充填により、気相回収容器７および液相回収容器８中には再充填されないＳＦ６が残存する。回収したＳＦ６に対し、再充填できなかったＳＦ６の割合について、具体例を用いて説明する。
【００４２】
具体例として、容量５０００Ｌの対象タンク１に圧力０．５ＭＰａＧ、２０℃にて封入された５０％ＳＦ６／Ｎ２混合ガス（全ガス量２７９５２Ｌ（Ｎ）。Ｎは０℃、１ａｔｍを表わす。）を、本ガス回収再充填システムにて回収・再充填する場合を考える。ここでは、液相回収容器８の容量を９４Ｌ、気相回収容器７の容量を４７０Ｌとした。これら容器の総容量は、５６４Ｌであるが、これは４７Ｌボンベを１２本搭載できる一般的なガスカードル一基分の容量にほぼ等しい。
【００４３】
上記５０％ＳＦ６／Ｎ２混合ガス中の６２４ｍｏｌのＳＦ６を全て液化し４７Ｌボンベに充填する場合、４７Ｌボンベ２本で充填できるため、４７Ｌボンベ２本分の容量をもつ液相回収容器８を準備した。また、４７Ｌボンベ１０本分の容量をもつ気相回収容器７を準備した。これら回収容器の容量は、回収対象や回収作業現場スペースの制約などに応じて任意に変更でき、本例で示す液相回収容器８や気相回収容器７の容量に限定するものではない。
【００４４】
上記ガスを分離装置２で分離濃縮し、分離濃縮濃度を８０％と設定した場合、液化部５に導入されるＳＦ６は１３９７６Ｌ（Ｎ）（６２４ｍｏｌ。ここでは簡略化のため、分離装置２で排気されるＳＦ６はないと仮定した。）、Ｎ２は３４９４Ｌ（Ｎ）となる。また、液化部５で液化するＳＦ６の割合を９９％とし、液化部５を通過した流体が気液分離器６を経由すると、回収完了までに液相回収容器８には１３８３６Ｌ（Ｎ）のＳＦ６が、気相回収容器７には３６３４Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが回収される。
【００４５】
ここでは、十分な冷凍能力を持つ冷凍器４を使用する場合を想定し、液化するＳＦ６の割合を９９％としたが、冷凍能力や液化部５と気液分離器６間の微小空間の体積により、さまざまな割合をとる。
【００４６】
回収完了時、液相回収容器８内の圧力は、温度に応じた飽和蒸気圧を示し、回収容器内の温度が２０℃の場合は、２．１ＭＰａとなる。また、このとき気相回収容器７内の圧力は、０．８３ＭＰａとなる。
【００４７】
対象タンク１の内部点検終了後、対象タンク１内を真空引きし、回収したガスを再充填する。上述のように、液相回収容器８と対象タンク１を連通させて差圧充填する。圧力センサ２２−１および２２−８の圧力値の時間変化がなくなるまで、対象タンク１内にＳＦ６が再充填される。連通部の容積は、（９４＋５０００）Ｌであり、温度を２０度とすると、時間変化がなくなった時の圧力値は、下式となる。
１３８３６×（２９３／２７３）÷（９４＋５０００）
＝２．９ａｔｍ（約０．２９ＭＰａ）
【００４８】
このとき、容量９４Ｌの液相回収容器内には、下式により、１１ｍｏｌのＳＦ６が残留する。
９４×２．９÷（０．０８２×（２７３＋２０））＝１１ｍｏｌ
【００４９】
ここからさらに、気相回収容器７と対象タンク１のみを連通させ差圧充填する。対象タンク１と回収容器７間には、逆止弁３１−１が設けられているため、一旦対象タンク１に充填されたガスは、回収容器７側には流入しない。圧力センサ２２−１および２２−７の表示値の時間変化がなくなるまで対象タンク１内にＳＦ６／Ｎ２混合ガスが再充填される。
【００５０】
時間変化がなくなった時の圧力値は、下式となる。
（６０６＋３６３４／２２．４）×０．０８２×（２７３＋２０）
／（４７０＋５０００）
＝３．４ａｔｍ（０．３４ＭＰａ）
となる。
【００５１】
ここで、６０６は、液充填で充填されたＳＦ６の物質量である。このとき、容量４７０Ｌの気相回収容器内には、下式により、２．５ｍｏｌのＳＦ６が残留する。
（３．４×４７０）／（０．０８２×２９３）×（３６３４−３４９４）／３６３４
＝２．５ｍｏｌ
【００５２】
このように、液相回収容器８に１１ｍｏｌ、気相回収容器７に２．５ｍｏｌ、合計１３．５ｍｏｌのＳＦ６が残留する。すなわち、回収した６２４ｍｏｌのＳＦ６のうち、２．２％のＳＦ６が再充填できずに回収容器に残ることになる。
【００５３】
上記の特許文献１において、液化タンク３５の容積を４７０Ｌ、貯留タンク２４の容量を９４Ｌとした装置構成において、５０％ＳＦ６／Ｎ２混合ガスを８０％に分離濃縮し、混合ガスを回収、再充填する場合について考える。
【００５４】
この装置は、圧縮冷却した流体を液化タンク３５に導入し、分離した液化タンク３５下部の液相を、必要に応じて貯留タンク２４に貯留できる。この装置では、回収終了時に、液化したＳＦ６をすべて貯留タンク２４に、気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガスを液化タンク３５に回収できる。
【００５５】
しかしながら、この場合、液化部２３で液化されたＳＦ６は、貯留タンク２４に回収される過程で液化タンク３５を経由するために膨張する。そのため、液化したＳＦ６の一部が気化する。ＳＦ６の０℃における飽和蒸気圧は、１．２ＭＰａであるが、容積４７０Ｌの液化タンク３５にこの圧力・温度で存在するＳＦ６量を、液化したＳＦ６のうち液化タンク３５を経由する際に気化するＳＦ６量と考える。
【００５６】
このＳＦ６量は、６１１４Ｌ（Ｎ）であり、回収完了までに、貯留タンク２４に回収される液化ＳＦ６は、７７２３Ｌ（Ｎ）、液化タンク３５に回収されるＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、９７４８Ｌ（Ｎ）となる。この場合、上述と同様に再充填動作を実施すると、貯留タンク２４に６ｍｏｌ、液化タンク３５に４２．６ｍｏｌのＳＦ６が残留する。したがって、回収した６２４ｍｏｌのＳＦ６のうち、７．９％が再充填できない。
【００５７】
図３は、以上をまとめ、回収したＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６の割合を比較した図である。図３に示すように、従来例の特許文献１では、再充填できずに残るＳＦ６の割合が７．９％であるのに対し、本発明では、再充填できずに残るＳＦ６割合を２．２％まで低減できる。
【００５８】
本発明では、液化部５で液化したＳＦ６を、直ちに分離して液相回収容器８に回収する。このため、再び気化するＳＦ６が低減でき、回収したＳＦ６のうち、再充填できずに残るＳＦ６割合を低減できる。
【００５９】
ここまでは、分離濃縮濃度が８０％の場合で説明した。分離濃縮濃度が低いほど、分離装置２で必要となる動力が減るため、分離装置２の駆動負荷は減るが、流量が多くなるため、液化部５の駆動負荷は増える。逆に、分離濃縮濃度が高いほど、分離装置２の駆動負荷は増え、液化部５の駆動負荷は減る。そのため、各部の駆動負荷を考慮の上、所定の分離濃縮濃度にて運転すればよい。
【００６０】
例えば、圧縮器と冷凍器からなる既存の純ＳＦ６液化装置を液化部５として、ガス回収再充填システムを構成する場合が考えられる。既存の純ＳＦ６液化装置の圧縮圧力や蒸発温度ならびに冷凍能力を変更せずに分離装置を適用する際、液化を容易にする観点から、分離濃縮濃度は、できるだけ高く設定することが好ましい。
【００６１】
分離濃縮濃度を向上させた場合の、再充填できずに残るＳＦ６割合について考える。例えば、前述と同様の５０％ＳＦ６／Ｎ２混合ガス（全ガス量２７９５２Ｌ（Ｎ））をガス回収再充填システムにて、回収および再充填する場合について説明する。気相回収容器７の容量Ｖ１を４７０Ｌ、液相回収容器８の容量Ｖ２を９４Ｌとする。
【００６２】
ここで分離濃縮濃度を９０％にして運転する場合を考える。上記と同様に回収すると、回収完了までに液相回収容器８には１３８３６Ｌ（Ｎ）のＳＦ６が、気相回収容器７には１６９３Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが回収される。なお、ここでの気液分離器６は、分離濃縮ガス中のＮ２流量の増減に対応して気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガス流量が増減するタイプの気液分離器６を使用した。
【００６３】
次に、上記と同様に再充填すると、液相回収容器８に１１ｍｏｌ、気相回収容器７に４．８ｍｏｌのＳＦ６が残留する。すなわち、液相回収容器８および気相回収容器７に残留するＳＦ６は１５．８ｍｏｌとなり、回収した６２４ｍｏｌのＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６の割合は２．６％になり、分離濃縮濃度を８０％と設定した場合の２．２％に比して増加する。
【００６４】
これは、分離濃縮濃度の向上による気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガス中のＮ２の減少に伴い、気相回収容器７内の圧力が減少し、気相回収容器７と対象タンク１内の圧力差が減少する結果、差圧充填できるＳＦ６量が減少するからである。
【００６５】
分離濃縮濃度を９０％に設定した場合において、気相回収容器７側をまず差圧充填し、その後、液相回収容器８側を差圧充填する場合を考える。この順序で再充填すると、気相回収容器７に０．５ｍｏｌ、液相回収容器８に１２．７ｍｏｌのＳＦ６が残留する。すなわち、気相回収容器７および液相回収容器８に残存し、回収したＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６の割合は２．１％になり、液相回収容器８側、気相回収容器７側の順に差圧充填した場合のＳＦ６の割合２．６％に比して小さい。したがって、この場合、再充填時には気相回収容器７側をまず差圧充填し、その後、液相回収容器８側を再充填する方が、再充填できずに残るＳＦ６割合を低減できる。
【００６６】
図４に、分離濃縮濃度と再充填できずに残るＳＦ６の割合の関係を示す。図４中、実線特性Ａは、再充填時において、まず液相回収容器８側を対象タンク１に差圧充填し、その後、気相回収容器７側を差圧充填する場合の再充填できずに残るＳＦ６の割合を示す。図示のように、分離濃縮濃度の向上とともに、再充填できないＳＦ６の割合は増加する。これは、先に示したように、分離濃縮濃度の向上による気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガス中のＮ２の減少に伴い、気相回収容器７内の圧力が減少し、気相回収容器７と対象タンク１内の圧力差が減少する結果、差圧充填できるＳＦ６量が減少するからである。
【００６７】
また、図４の一点鎖線Ｂは、再充填時において、まず気相回収容器７側を対象タンク１に差圧充填し、その後、液相回収容器８側を差圧充填する場合の再充填できずに残るＳＦ６の割合を示す。図示のように、気相回収容器７側をまず差圧充填し、その後、液相回収容器８側を差圧充填する場合、分離濃縮濃度の向上とともに、再充填できずに残るＳＦ６の割合は減少する。
【００６８】
分離濃縮濃度向上によりガス圧力が減少するＳＦ６／Ｎ２を先に再充填するため、液相回収容器８側を差圧充填する際の、対象タンク１内の圧力が小さくなる。この結果、その後に差圧充填する液相回収容器８のＳＦ６を、より多く対象タンク内に再充填できる。
【００６９】
図示の例では、分離濃縮濃度が８２％の時、特性ＡおよびＢのグラフが交差する。すなわち、分離濃縮濃度が８２％未満の場合、液相回収容器８、気相回収容器７の順で対象タンク１に差圧充填し、分離濃縮濃度が８２％以上の場合は、気相回収容器７、液相回収容器８の順で対象タンク１に差圧充填すれば、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減できる。このように、分離濃縮濃度に応じて、再充填時の順番を変える制御を、制御装置２０がバルブ２１−７、２１−８によって行うことで、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減できる。
【００７０】
すなわち、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減するにあたり、分離濃縮濃度によって再充填の順番を変えるとよい。ここでは、再充填の順番を変える基準となる分離濃縮濃度を基準濃度と称する。基準濃度は、液化後の流体が回収される気相回収容器の容量Ｖ１と液相回収容器の容量Ｖ２の比Ｖ１／Ｖ２に依存する。
【００７１】
Ｖ２を固定し、Ｖ１が小さくなると（Ｖ１／Ｖ２が小さくなると）、気相回収容器の圧力が向上し、再充填できずに残るＳＦ６の割合が低減する。このため、図４中の特性Ａの傾きは、小さくなり、特性Ｂの傾きの絶対値は、大きくなる。このとき、両者の交点に対応する基準濃度は、大きくなる。逆に、比Ｖ１／Ｖ２が大きくなると、両者の交点に対応する基準濃度は、小さくなる。
【００７２】
以上を図５に示す。比Ｖ１／Ｖ２により、特性ＡおよびＢを切換える基準濃度が規定されるため、ガス回収再充填システムの分離濃縮濃度に応じて、再充填の順番を変更すれば、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減できる。
【００７３】
気相回収容器容量Ｖ１および液相回収容器容量Ｖ２は、現場に持ち込めるスペースの制約上、タンク容量が小容量であることが望ましい。また、複数本のボンベを回収容器として使用する場合においては、回収作業現場によって、Ｖ１およびＶ２を、任意に変更できる。比Ｖ１／Ｖ２により決定される基準濃度により再充填の順番を変更することのできるガス回収再充填システムにより、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減できる。
【００７４】
ここで、一例として、Ｖ１＝０．８Ｌ、Ｖ２＝９４Ｌ、分離濃縮濃度１００％の場合について説明する。回収終了時、液相回収容器８内の圧力は、温度に応じた飽和蒸気圧をとり、回収容器内の温度が２０℃の場合、２．１ＭＰａとなる。また、このとき気相回収容器７内の圧力は、１８．７ＭＰａとなる。
【００７５】
液相回収容器８側から差圧充填し、その後、気相回収容器７側を差圧充填する場合、最終的に液相回収容器８に１１ｍｏｌ、気相回収容器７に０．０９８ｍｏｌのＳＦ６が残留する。したがって、６２４ｍｏｌのＳＦ６のうち、約１．８％が再充填できずに残る。逆に、気相回収容器７側から差圧充填し、その後、液相回収容器８側を差圧充填する場合、最終的に液相回収容器８には１１．５ｍｏｌのＳＦ６が残留し、気相回収容器７にはＳＦ６がほとんど残留しない。したがって、６２４ｍｏｌのＳＦ６のうち、約１．８％が再充填できずに残る。
【００７６】
他の分離濃縮濃度の場合を含めて、分離濃縮濃度と再充填できずに残るＳＦ６の割合の関係を図６に示す。図示のように、このとき、基準濃度は、ほぼ１００％となる。すなわち、何れの分離濃縮濃度においても、まず、液相回収容器８側から対象タンク１に差圧充填し、その後、気相回収容器７側を差圧充填する方が、再充填できずに残るＳＦ６割合を低減できる。
【００７７】
図５によると、気相回収容器容量Ｖ１をできるだけ小さく、液相回収容器容量Ｖ２をできるだけ大きく設定、すなわち、比Ｖ１／Ｖ２を小さく設定すれば、基準濃度は、１００％に近づくことが分かる。Ｖ２を大きく設定するのは、回収作業現場のスペースが限られるため、適用は想定されず、Ｖ１を小さく設定する場合が考えられる。このような場合、気相回収容器が、回収後のガス圧力に耐えられることが必要である。
【００７８】
前述のように、Ｖ１＝０．８ＬとＶ１を小さく設定し、Ｖ２＝９４Ｌ、分離濃縮濃度１００％の場合、回収終了時の気相回収容器７内の圧力は、１８．７ＭＰａとなる。液化部５を経由した後の圧力が、回収終了時の気相回収容器７内の圧力よりも小さい場合には、気相回収容器７に気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガスを回収するために昇圧機構が別途必要となる。
【００７９】
以上のように、比Ｖ１／Ｖ２を小さく設定すれば、基準濃度は、１００％となり、従って、分離濃縮によらず、まず、液相回収容器８側から差圧充填し、その後、気相回収容器７側を差圧充填する方が、再充填できずに残るＳＦ６割合を低減できる。しかしながら、回収容器の圧力制限や液化部５を経由した後の圧力の観点から、比Ｖ１／Ｖ２を過度に小さくできない場合が多い。
【００８０】
このような場合には、前述のように、分離濃縮濃度が基準濃度よりも小さい場合には、まず、液相回収容器８側から差圧充填し、その後、気相回収容器７側を差圧充填し、逆に、分離濃縮濃度が基準濃度よりも大きい場合には、まず、気相回収容器７側から差圧充填し、その後、液相回収容器８側を差圧充填すれば、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減できる。
【００８１】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２によるガス回収再充填システムの構成を示す。このガス回収再充填システムは、気相回収容器７以外については、先の実施の形態１とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８２】
本実施の形態２は、気相回収容器７を２つ設けた点で、先の実施の形態１と異なる。また、気相回収容器７−１および７−２と対象タンク１の間には、電磁弁２１−７−１および２１−７−２が設けられ、各気相回収容器が独立して対象タンク１と連通し、各気相回収容器には圧力センサ２２−７−１および２２−７−２が設けられている。また、本システムを用いた回収動作および再充填動作は、先の実施の形態１とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８３】
気相回収容器７−１および７−２の容量を、それぞれ２３５Ｌの容器とした場合を例に、本実施の形態２を説明する。気相回収容器７の総容量Ｖ１は、４７０Ｌになる。
例えば、真空引きした対象タンク１に気相回収容器７内のＳＦ６／Ｎ２混合ガスを再充填する場合を考える。ここで、それぞれの気相回収容器７−１および７−２には、同圧力０．８３ＭＰａにて、合計３６３４Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが回収されているものとする。
【００８４】
まず、気相回収容器７−１と対象タンク１を連通して差圧充填する。圧力センサ２２−７−１の表示値の時間変化がなくなるまで、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスが対象タンク１内に充填される。この際の圧力値は、０．３７ａｔｍである。すなわち、気相回収容器７−１には、８１．６Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが残存する。
【００８５】
続いて、他方の気相回収容器７−２を対象タンク１に差圧充填する。圧力センサ２２−７−２の表示値の時間変化がなくなるまで、ＳＦ６／Ｎ２混合ガスが対象タンク１内に充填される。この際の圧力値は、０．７３ａｔｍである。このとき、１４４Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが気相回収容器７−２に残存する。すなわち、気相回収容器７−１および７−２に残留するＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、計２２５Ｌ（Ｎ）となる。
【００８６】
ここで、容量Ｖ１が４７０Ｌである気相回収容器７が１つで構成される場合について考える。この気相回収容器７には、３６３４Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが０．８３ＭＰａで回収されている。真空引きした対象タンクに差圧充填した場合、０．７１ａｔｍまで充填され、このとき、気相回収容器７に残存するＳＦ６／Ｎ２混合ガスは、２８１Ｌ（Ｎ）となる。
【００８７】
このように、同容量Ｖ１の気相回収容器７でも、その容積が細分割された容器に回収すれば、再充填時における圧力が大きくなるため、より多くのＳＦ６／Ｎ２混合ガスを対象タンクに再充填できる。気相回収容器７中のＳＦ６／Ｎ２混合ガスをより多く再充填できるということは、再充填できずに残るＳＦ６の割合をさらに低減できるということである。容積が分割された容器として、４７Ｌボンベを複数用いてもよい。
また、気相回収容器７を分割したあとの容器容量をｖ１１、ｖ１２とし、比ｖ１１／Ｖ２および比ｖ１２／Ｖ２に基づいて再充填の順番を決定すれば、再充填できずに残るＳＦ６の割合をさらに低減できると考えられる。
【００８８】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３によるガス回収再充填システムの構成を示す。このガス回収再充填システムは、先の実施の形態１とほぼ同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００８９】
本実施の形態３では、気相回収容器７と液相回収容器８をつなぐ配管の間に、バイパス配管８０と、逆止弁３１−８および流体輸送手段８１が備えられている。バイパス配管接続部には３方電磁バルブ１０００および１００１が設けられており、気相回収容器７と液相回収容器８を連通する際、バイパス配管８０の使用・未使用を制御装置２０にて切り替えることができる。
【００９０】
本システムを用いた回収動作は、先の実施の形態１と同様である。再充填動作も、先の実施の形態１とほぼ同様であるが、気相回収容器７および液相回収容器８に回収したガスを対象タンク１に差圧充填した後、気相回収容器７内に残留するＳＦ６／Ｎ２混合ガスを液相回収容器８に一旦導入し、その後、液相回収容器８内のＳＦ６／Ｎ２混合ガスを対象タンク１に差圧充填する動作を実施する。
【００９１】
分離装置２で分離濃縮濃度を８０％と設定し、液相回収容器８には１３８３６Ｌ（Ｎ）のＳＦ６が、気相回収容器７には３６３４Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガス（ＳＦ６濃度３．８％）が回収される場合で説明する。
【００９２】
先の実施の形態１で説明したように、液相回収容器８、気相回収容器７の順番で差圧充填が完了した時点においては、液相回収容器８内の圧力は０．２９ＭＰａとなり、ＳＦ６が１１ｍｏｌ残留する。また、気相回収容器７の圧力は０．３４ＭＰａとなり、１４７９Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスが残留する。気相回収容器７内の残留ＳＦ６／Ｎ２混合ガスのうち、ＳＦ６は、２．５ｍｏｌである。このように、計１３．５ｍｏｌのＳＦ６が残留する。また、対象タンク１内の圧力は０．３４ＭＰａとなる。
【００９３】
ここから、気相回収容器７と液相回収容器８のみをバイパス配管８０により連通する。（弁２９−２などのその他の弁は閉状態とする。）図８中の矢印７０に示すように、流体輸送手段８１により、気相回収容器内のＳＦ６／Ｎ２混合ガスを液相回収容器８内に充填する。流体輸送手段８１としては、真空ポンプや昇圧ポンプを適用する。この流体輸送手段８１により、液相回収容器８内の圧力が、対象タンク１内の圧力よりも大きくなるまで流体を輸送する。
【００９４】
気相回収容器７内の１４７９Ｌ（Ｎ）のＳＦ６／Ｎ２混合ガスのうち、１０００Ｌ（Ｎ）を液相回収容器８に輸送する場合を考える。輸送完了後、液相回収容器８内の圧力は約１．４ＭＰａとなり、対象タンク１に差圧充填できる。差圧充填時には、３方電磁バルブ１０００および１００１の切り替えによりバイパス配管８０は使用せず、点線矢印７１の経路でＳＦ６／Ｎ２混合ガスを差圧充填する。対象タンク１に差圧充填した後、液相回収容器８内に残留するＳＦ６は３．３ｍｏｌ、気相回収容器７中に残留するＳＦ６は、０．８ｍｏｌとなり、計４．１ｍｏｌのＳＦ６が残留する。このように、液相回収容器８に気相回収容器７内のＳＦ６／Ｎ２混合ガスを導入し圧力を高めることで、回収容器内に残留するＳＦ６量をさらに低減できる。
【００９５】
以上のように、特許文献１に記載されているような従来のガス回収再充填装置においては、液化したＳＦ６が再び気化する量が多くなり、再充填できずに残るＳＦ６の割合が多くなる。これに対して、本発明では、液化部５で液化したＳＦ６を気液分離器６により直ちに分離して液相回収容器８に回収し、気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガスと分けて回収し、かつ、異なる時点で再充填する。このため、再充填時に再び気化するＳＦ６が低減でき、回収したＳＦ６のうち再充填できずに残るＳＦ６割合を低減できる。
【００９６】
また、比Ｖ１／Ｖ２により規定される基準濃度と分離濃縮濃度に応じて、再充填時の液相回収容器８と気相回収容器７の差圧充填の順番を切換える回収再充填システムを構成することにより、再充填できずに残るＳＦ６の割合を低減することが可能になる。
【００９７】
本発明では、さらに、気相回収容器や液相回収容器の容積が複数に分割された容器を使用することで、再充填できずに残るＳＦ６の割合をさらに低減することも可能である。
【００９８】
また、本発明では、気相回収容器７に残った混合ガスを使用して液相回収容器に残ったガス圧力高めることで、ＳＦ６を対象タンク１に再充填できるので、再充填できずに残るＳＦ６割合をさらに低減することも可能である。
【００９９】
なお、上記の実施の形態１〜３においては、対象タンク１に封入されたＳＦ６／Ｎ２混合ガスを回収・再充填する場合について説明したが、混合ガスの種類や組成、量を限定するものではない。また、対象タンク１内のガスを分離装置２内の真空ポンプを使用して真空引きにより回収する場合においては、対象タンク１内の圧力低下とともに回収速度が低下する。このとき、排気ガス回収容器９内のガスや原料ガスを対象タンク１に還流し、回収速度を向上させても良い。
【０１００】
また、上記の実施の形態１〜３においては、分離濃縮ガス中のＮ２流量の増減に対応して気相ＳＦ６／Ｎ２混合ガス流量が増減するタイプの気液分離器６を使用したが、気液分離器６の種類や構造を限定するものではない。さらに、ここでは電磁弁２１を用いたが、手動弁などでもよく、流路の切り替えができれば、特に限定するものではない。なお、真空ポンプとコンプレッサを使用して、気相回収容器７、液相回収容器８および排気ガス回収容器９内の残留ガスを再充填に使用してもよい。
【０１０１】
上記の実施の形態２では、２つの気相回収容器を採用する場合で説明したが、複数の気相回収容器を備えれば、再充填できずに残るＳＦ６の割合をさらに低減できるので、効果的である。また、気相回収容器７に限らず、液相回収容器８についても、複数の液相回収容器を採用ことで、上述のように、再充填時における圧力を大きくすることができる。
【０１０２】
上記の実施の形態３では、気相回収容器７内のＳＦ６／Ｎ２混合ガス１４７９Ｌ（Ｎ）のうち１０００Ｌ（Ｎ）を液相回収容器８内に導入する場合で説明したが、この量を限定するものではない。より多くのＳＦ６／Ｎ２混合ガスを液相回収容器８側に導入すれば、対象タンク１内に差圧充填できるＳＦ６量が増えるため好ましい。また、原料ガスを用いて液相回収容器８および気相回収容器７の圧力を高める操作を併用しても良い。
【０１０３】
図１においては、対象タンク１と液化部５を、分離装置２を介して接続しているが、液化部５の蒸発温度および冷凍能力が十分であれば、分離装置２を使用せず、対象タンク１をそのまま液化部５に接続してもよい。また、比Ｖ１／Ｖ２に基づいて、再充填の順番を切換える動作は、Ｖ１およびＶ２の情報の入力により、制御装置２０で電磁弁２１を制御することもできる。
【０１０４】
図７では、対象タンク１と液化部５を、分離装置２を介して接続しているが、液化部５の蒸発温度および冷凍能力が十分であれば、分離装置２を使用せず、対象タンク１をそのまま液化部５に接続してもよい。
【０１０５】
図８では、対象タンク１と液化部５を、分離装置２を介して接続しているが、液化部５の蒸発温度および冷凍能力が十分であれば、分離装置２を使用せず、対象タンク１をそのまま液化部５に接続してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１  対象タンク、２  分離装置、５  液化部、６  気液分離器、７  気相回収容器、８  液相回収容器、２０  制御装置（制御部）。
【図１】
2014228127.tif 000003
【図２Ａ】
2014228127.tif 000004
【図２Ｂ】
2014228127.tif 000005
【図３】
2014228127.tif 000006
【図４】
2014228127.tif 000007
【図５】
2014228127.tif 000008
【図６】
2014228127.tif 000009
【図７】
2014228127.tif 000010
【図８】
2014228127.tif 000011