(57)【要約】【課題】  効率よく軸受油中の水素を回収し発電機に導入する。【解決手段】  水素ガス純度向上装置１は、発電機１００から排出された軸受油から不純ガスを分離する拡大槽６と、拡大槽６からの不純ガスを導入可能なガス容器７と、ガス容器７内部に設けられる水素吸蔵合金５と、水素吸蔵合金５の温度調整をする温度調整装置１３と、ガス容器７内のガスを排気する排気ポンプ２０とを備え、水素吸蔵合金５の温度調整によって、水素吸蔵合金５に水素ガスを吸着し排気ポンプ２０によってガス容器内のガスを排出するとともに、水素吸蔵合金５から水素ガスを放出させて発電機１００に水素ガスを導入する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機から排出された軸受油から不純ガスを分離する拡大槽と、
前記拡大槽に接続され、前記拡大槽からの前記不純ガスを内部に導入可能なガス容器と、
前記ガス容器内部に設けられる水素吸蔵合金と、
前記水素吸蔵合金の温度調整をする温度調整装置と、
前記ガス容器内を排気する排気ポンプとを備え、
前記水素吸蔵合金の温度調整によって、前記水素吸蔵合金に水素ガスを吸着し前記排気ポンプによって前記ガス容器内のガスを排出するとともに、前記水素吸蔵合金から水素ガスを放出させて前記発電機に水素ガスを導入することを特徴とする水素ガス純度向上装置。
【請求項２】
前記温度調整装置は、所定温度以下に冷却して前記水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させることを特徴とする請求項１に記載の水素ガス純度向上装置。
【請求項３】
前記温度調整装置は、所定温度以上に加熱して前記水素吸蔵合金から水素ガスを放出させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素ガス純度向上装置。
【請求項４】
前記発電機に水素ガスを導入可能に接続され、
前記発電機における水素ガス純度低下時に水素ガスを供給する水素ガスボンベをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の水素ガス純度向上装置。
【請求項５】
前記拡大槽と前記ガス容器間に設けられ、前記不純ガス中の油分を分離する油分分離装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に水素ガス純度向上装置。
【請求項６】
前記拡大槽の気相部分に接続され、前記拡大槽内が所定圧力以上となった場合に、前記拡大槽内のガスを放出する大気放出用配管をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に水素ガス純度向上装置。
【請求項７】
発電機から排出された軸受油から不純ガスを拡大槽で分離する工程と、
前記拡大槽から前記不純ガスをガス容器に導入する工程と、
水素吸蔵合金の温度調整によって、前記ガス容器内で前記水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させるとともに排気ポンプによって前記ガス容器内の残留ガスを排出し、前記水素吸蔵合金から水素ガスを放出させて前記発電機に水素ガスを導入する工程とを備えることを特徴とする水素ガス純度向上方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機内に水素ガスを封入して冷却する発電機において、水素ガス純度を向上させる水素ガス純度向上装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や原子力発電所をはじめとする発電プラントの発電機には、水素ガスを冷却媒体として機内に封入して冷却を行うものがある。さらに、水素ガスが機内から漏洩することを防止するために、水素ガス冷却発電機にはシールオイル機構が採用される。このシールオイル機構は、軸貫通部に軸シール部を設け、この軸シール部に密封油を供給することによって水素ガスのシールを行う。
【０００３】
ここで、シールオイル機構において水素ガスの一部が軸受油へ混入することがある。そして、軸シール部から排出された軸受油は、不純ガス除去のための拡大槽に導かれ、拡大槽において不純ガスとともに水素ガスも放出される。
【０００４】
上述した水素ガスの放出により、水素ガス純度が運転とともに低下すると、発電機の冷却効率を下げるおそれがある。そこで従来は、水素ガスボンベによって高純度（例えば、９８％）の水素を逐次、水素ガス冷却経路に充填することで一定以上の純度（例えば、９５％）を維持しており、補充用の水素が多量（例えば、一日あたり１０〜２０立方メートル）に必要となっている。一方、発電機の水素ガス冷却経路において水素吸蔵合金を設け、水素ガス純度の低下を防ぐ技術も開発されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１１３５５４号公報
【特許文献２】特開平２−３１１１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高純度の水素を充填し、ガスボンベを交換することは物量・作業コストの増大につながる。また、上述した特許文献１、２に記載の技術は、水素ガス冷却経路において水素吸蔵合金によって水素ガスを一時的に貯蔵し、水素ガス純度低下時に放出を行なうものであり、軸受油に含まれる水素ガスを回収するものではない。
【０００７】
そこで本発明は、効率よく軸受油中の水素ガスを回収して発電機に導入し、水素ガス純度を向上させることができる水素ガス純度向上装置およびその水素ガス純度向上方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の水素ガス純度向上装置は、発電機から排出された軸受油から不純ガスを分離する拡大槽と、拡大槽に接続され、拡大槽からの不純ガスを内部に導入可能なガス容器と、ガス容器内部に設けられる水素吸蔵合金と、水素吸蔵合金の温度調整をする温度調整装置と、ガス容器内のガスを排気する排気ポンプとを備え、水素吸蔵合金の温度調整によって、水素吸蔵合金に水素ガスを吸着し排気ポンプによってガス容器内の残留ガスを排出するとともに、水素吸蔵合金から水素ガスを放出させて発電機に水素ガスを導入することを特徴とする。
【０００９】
さらに上記目的を達成するために、本発明の水素ガス純度向上方法は、発電機から排出された軸受油から不純ガスを拡大槽で分離する工程と、拡大槽から不純ガスをガス容器に導入する工程と、水素吸蔵合金の温度調整によって、ガス容器内で水素吸蔵合金に水素ガスを吸着させるとともに排気ポンプによってガス容器内の残留ガスを排出し、水素吸蔵合金から水素ガスを放出させて発電機に水素ガスを導入する工程とを備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置について図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図である。
【００１３】
水素ガス純度向上装置１は、水素吸蔵合金５と、拡大槽６と、ガス容器７と、温度調整装置１３と、バルブ１９ａ、１９ｂと、排気ポンプである真空ポンプ２０とから構成される。水素ガス純度向上装置１は、水素利用装置である発電機１００に接続される。
【００１４】
発電機１００の軸シール部（図示せず。）から排出された軸受油を拡大槽６に導入するように、発電機１００と拡大槽６を接続する。拡大槽６において不純ガスを分離、除去した軸受油は、適宜トラップ槽やポンプ等を経て、再び発電機１００の軸シール部に導入される。
【００１５】
拡大槽６内の気体をガス容器７内に導入することができるように、拡大槽６の気相部分とガス容器７を配管によって接続する。この拡大槽６とガス容器７間の配管には、拡大槽６とガス容器７を隔離および連通可能にするバルブ１９ａが設けられる。さらにガス容器７内のガスを発電機１００の水素ガス冷却部（図示せず。）に導入することができるように、ガス容器７と発電機１００を配管によって接続する。このガス容器７と発電機１００間の配管には、ガス容器７と発電機１００を隔離および連通可能にするバルブ１９ｂが設けられる。
【００１６】
ガス容器７内には、水素吸蔵合金５が設けられる。さらに水素吸蔵合金５を所定温度で加熱、冷却することができる温度調整装置１３が水素吸蔵合金５に接続される。
【００１７】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。
【００１８】
発電機１００のシールオイル機構において水素ガスの一部が軸受油へ混入することがある。そして、軸シール部から排出された軸受油は、不純ガス除去のために拡大槽６に導かれる。拡大槽６において水素ガスを含む不純ガスが拡大槽６気相に放出される。
【００１９】
この拡大槽６気相の水素ガスを含む不純ガスを、以下の手順によって回収し発電機１００に再び冷却媒体として導入する。
【００２０】
まず、バルブ１９ｂを閉鎖し、バルブ１９ａを開放することで、拡大槽６の不純ガスを含んだ水素をガス容器７へ導入する。拡大槽６からガス容器７への不純ガスの導入のために、配管においてファンやポンプを適宜設けることができる。次に、バルブ１９ａを閉鎖し、ガス容器７を発電機１００ならびに拡大槽６から隔離する。
【００２１】
この状態で、温度調整装置１３を用いて水素吸蔵合金５を冷却する。水素吸蔵合金５は、所定温度以下の低温になると水素を吸着し、ガス容器７内部には水素以外のガスが残留する。このガス容器７内の残留ガスを真空ポンプ２０によって排気する。なお、運転中の不純ガス温度近傍において水素吸着作用となる水素吸蔵合金を選択した場合は、当該冷却工程を省くこともできる。
【００２２】
ガス容器７内部が真空または真空近傍となって残留ガスの排出が完了した後、温度調整装置１３によって水素吸蔵合金５を加熱する。水素吸蔵合金５は、所定温度以上の高温になると水素を放出し、ガス容器７内部には水素ガスのみが残る。なお、運転中の不純ガス温度近傍において水素放出作用となる水素吸蔵合金を選択した場合は、当該加熱工程を省くこともできる。
【００２３】
ガス容器７内部に水素ガスのみを存在させた状態で、バルブ１９ｂを開放し、ガス容器７を発電機１００と連通する。十分な時間経過によって、水素利用装置である発電機１００とガス容器７の内部の水素ガスは均一に混合され、不純ガスから回収した水素ガスによって発電機１００の冷却経路における水素純度を向上させることができる。
【００２４】
以下、上述の水素ガス純度向上方法による水素純度の変化を示す。発電機１００としての水素利用装置内の運転に必要な純度９５．００％水素ガスを水素利用装置容量比で１００％、ガス容器内の純度９９．００％水素ガスを水素利用装置容量比で１０％とする。
【００２５】
水素純度向上方法により、水素利用装置内の水素ガス純度は、（９５＋９．９）／（１００＋１０）＝１０４．９／１１０＝０．９５３６となり、水素純度は０．３６％向上する。上述した手順を複数回、繰り返すことにより、発電機１００内の水素純度をさらに高めることもできる。
【００２６】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、拡大槽６で分離、放出された不純ガス中の水素を水素吸蔵合金５で吸着し、不純ガスを排出した後に、発電機１００に再導入することによって、水素利用装置である発電機１００内の冷却経路における水素純度を高めることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る水素ガス純度向上装置について図２を参照して説明する。第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、水素ガスボンベ８をさらに設けた点である。水素ガスボンベ８は、水素ガスを発電機１００の水素冷却経路に導入する。
【００２９】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。水素ガス純度向上装置１による水素ガス吸着、放出作用の停止時や、外部からの水素ガス供給が長時間行なわれない場合等において、発電機１００における水素ガス純度が低下する場合がある。
【００３０】
水素ガスボンベ８は、水素ガス純度の低下時に高純度（例えば、９８％）の水素ガスを供給する。水素ガスボンベ８による水素ガスの供給は、発電機１００の冷却経路に設けた水素ガス純度センサによって水素ガス純度の低下を判定して行なってもよいし、時間経過に伴う水素純度の低下を予め算出して所定時間に供給するようにしてもよい。
【００３１】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、水素ガスボンベ８によって水素ガス純度低下時において水素ガスを供給し、水素ガス純度を保つことができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第３の実施形態に係る水素ガス純度向上装置について図３を参照して説明する。第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００３３】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図である。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、油分分離装置９をさらに設けた点である。油分分離装置９は、拡大槽６とガス容器７間の配管において設けられる。
【００３４】
（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。
【００３５】
拡大槽６から不純ガスをガス容器７へ導入する際、不純ガス中に油分が含まれることがある。油分分離装置９は、拡大槽６からの水素ガスを含む不純ガスから油分を分離し、油分を除いた不純ガスをガス容器７に供給する。
【００３６】
（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、油分分離装置９によって不純ガス中の油分を除去し、ガス容器７内への油分の導入を防止し、油分による水素吸蔵合金５の性能低下等を防止することができる。
【００３７】
（第４の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第４の実施形態に係る水素ガス純度向上装置について図４を参照して説明する。第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００３８】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図である。第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、大気放出用配管１０をさらに設けた点である。大気放出用配管１０は、拡大槽６気相に接続される。
【００３９】
（作用）
以下、本発明の第４の実施形態の作用について説明する。
【００４０】
拡大槽６内部は、軸受油からの不純ガスの放出によって圧力が高くなる場合がある。大気放出用配管１０は、拡大槽６内部圧力を監視し、拡大槽６内が所定圧力以上となった場合に、大気放出して拡大槽６の内圧上昇を防止する。
【００４１】
（効果）
本発明の第４の実施形態によれば、放出用配管１０によって拡大槽６の内圧上昇を防止し、拡大槽６への圧力負荷を低減することができる。
【００４２】
（第５の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第５の実施形態に係る水素ガス純度向上装置について図５を参照して説明する。第１の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００４３】
図５は、本発明の第５の実施形態に係る水素ガス純度向上装置の概略構成図である。第５の実施形態は、第２から第４の実施形態を組み合わせた構成である。すなわち、第１の実施形態に加え、水素ガスボンベ８と、油分分離装置９と、大気放出用配管１０をさらに備える構成である。
【００４４】
（作用）
以下、本発明の第５の実施形態の作用について説明する。
【００４５】
水素ガスボンベ８、油分分離装置９、大気放出用配管１０の容量や動作時間を相互に調整することができる。例えば、水素ガスボンベ８によって定期的に水素ガスを供給することによって、軸受油からの水素ガス回収頻度を減らし、油分分離装置９等の動作頻度を減らすことができる。さらに、大気放出用配管１０によって拡大槽６に負荷を最小限にするように水素ガスを含む不純ガスを放出した分、水素ガスボンベ８によって水素ガスを補うこともできる。
【００４６】
（効果）
本発明の第５の実施形態によれば、水素ガスボンベ８、油分分離装置９、大気放出用配管１０を相互に調整することによって、水素ガス純度向上装置１の効率と信頼性を向上させることができる。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・水素ガス純度向上装置
５・・・水素吸蔵合金
６・・・拡大槽
７・・・ガス容器
８・・・水素ガスボンベ
９・・・油分分離装置
１０・・・大気放出用配管
１３・・・温度調整装置
１９ａ、１９ｂ・・・バルブ
２０・・・真空ポンプ
１００・・・発電機
【図１】
2015067527.tif 000003
【図２】
2015067527.tif 000004
【図３】
2015067527.tif 000005
【図４】
2015067527.tif 000006
【図５】
2015067527.tif 000007