(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の機内の下部に設置される下部管の管内に不活性ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記下部管に形成された孔から前記回転電機の機内に導かれる前記不活性ガスと前記回転電機の機内に存在する空気とを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記回転電機の機内の上部に設置される上部管に形成された孔から前記空気を前記上部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に前記不活性ガスを封入する第１の工程、
前記上部管の管内に水素ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる前記水素ガスと前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを前記下部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に前記水素ガスを封入する第２の工程、
前記下部管の管内に不活性ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる前記不活性ガスと前記回転電機の機内に封入されている水素ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている水素ガスを前記上部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に封入されている水素ガスを機外へ放出する第３の工程、及び、
前記上部管の管内に空気を前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる空気と前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを前記下部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを機外へ放出する第４の工程の、少なくとも何れかの工程を備えることを特徴とする回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項２】
前記第１の工程及び前記第３の工程は、下記式
【数１】
0005787802.tif 000004
のパラメータＶ０，Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２を、それぞれ、前記回転電機の機内の容積、前記回転電機の機内に封入する前記不活性ガスの純度、前記不活性ガス封入前の前記回転電機の機内における前記不活性ガスの濃度、及び、前記不活性ガス封入後の前記回転電機の機内における前記不活性ガスの濃度目標値として数値を与えて計算されるガス供給量Ｑ以上の前記不活性ガスを供給した時点で前記回転電機の機内における前記不活性ガスの濃度が前記濃度目標値に到達しているとみなして前記不活性ガスの供給を終了することを特徴とする請求項１記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、下記式
【数２】
0005787802.tif 000005
のパラメータＶ０，Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２を、それぞれ、前記回転電機の機内の容積、前記回転電機の機内に封入する前記水素ガスの純度、前記水素ガス封入前の前記回転電機の機内における前記水素ガスの濃度、及び、前記水素ガス封入後の前記回転電機の機内における前記水素ガスの濃度目標値として数値を与えて計算されるガス供給量Ｑ以上の前記水素ガスを供給した時点で前記回転電機の機内における前記水素ガスの濃度が前記濃度目標値に到達しているとみなして前記水素ガスの供給を終了することを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項４】
前記第４の工程は、下記式
【数３】
0005787802.tif 000006
のパラメータＶ０，ｋ，ｘを、それぞれ、前記回転電機の機内の容積、前記空気封入後の前記回転電機の機内における酸素濃度の目標値、及び、前記回転電機の機内に供給する空気に含まれる酸素の濃度の百分率として数値を与えて計算されるガス供給量Ｑ以上の空気を供給した時点で前記回転電機の機内における前記酸素濃度が前記酸素濃度の目標値に到達しているとみなして、前記空気の供給を終了することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項５】
前記第１の工程及び前記第３の工程は、前記回転電機の機内に封入する前記不活性ガスの純度が１００％の場合、前記回転電機の機内の容積の３倍量以上の前記不活性ガスを供給した時点で前記回転電機の機内における前記不活性ガスの濃度が９５％以上に到達しているとみなして前記不活性ガスの供給を終了することを特徴とする請求項１記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項６】
前記第２の工程は、前記回転電機の機内に封入する前記水素ガスの純度が１００％の場合、前記回転電機の機内の容積の３倍量以上の前記水素ガスを供給した時点で前記回転電機の機内における前記水素ガスの濃度が９５％以上に到達しているとみなして前記水素ガスの供給を終了することを特徴とする請求項１又は２記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項７】
前記第４の工程は、前記回転電機の機内の容積の３倍量以上の前記空気を供給した時点で前記回転電機の機内における酸素濃度が１８％以上に到達しているとみなして前記空気の供給を終了することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転電機の機内ガス置換方法。
【請求項８】
不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と回転電機の機内とを調整弁を介して接続する流路であり、前記不活性ガス供給部から前記回転電機の機内へ前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、
水素ガスを供給する水素ガス供給部と回転電機の機内とを調整弁を介して接続する流路であり、前記水素ガス供給部から前記回転電機の機内へ前記水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、
前記回転電機の機内と大気とを調整弁を介して接続する流路であり、前記回転電機の機内に残存するガスを機外へ放出する大気放出ラインと、
前記回転電機の機内と圧縮空気供給装置とを調整弁を介して接続する流路であり、前記圧縮空気供給装置から空気を供給する空気取入ラインと、
前記不活性ガス供給部のガス供給弁、前記不活性ガス供給ラインの調整弁、前記水素ガス供給部のガス供給弁、前記水素ガス供給ラインの調整弁、前記大気放出ラインの調整弁及び空気取入ラインの調整弁の各々の開度を制御する弁制御部と、を具備し、
前記弁制御部は、前記不活性ガス供給部から受け取る前記不活性ガスの供給量、前記水素ガス供給部から受け取る前記水素ガスの供給量及び前記圧縮空気供給装置から受け取る空気の供給量の情報に基づいて、前記不活性ガス供給部のガス供給弁、前記不活性ガス供給ラインの調整弁、前記水素ガス供給部のガス供給弁、前記水素ガス供給ラインの調整弁、前記大気放出ラインの調整弁及び空気取入ラインの調整弁の少なくともいずれかを開閉して、前記水素ガス供給ライン、前記大気放出ライン、前記空気取入ライン及び前記不活性ガス供給ラインの開閉制御することを特徴とする回転電機の機内ガス置換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型のタービン発電機では冷媒として機内へ水素ガスを封入している。水素ガスは可燃性ガスであることから、空気と混合することなく発電機機内へ水素ガスを封入するように、炭酸ガスや窒素ガス等の不活性ガス（以下、「中間置換ガス」と称する。）を介在させることでガス置換作業を実施している。ガスの置換は、空気、中間置換ガス及び水素の比重差を利用して行われる。このような中間置換ガスを介在させて回転電機機内のガスを置換する方法は、例えば、特開２００３−１５３５０２号公報（特許文献１）に記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されるような従来の回転電機機内ガス置換方法では、多くの時間がかかる。例えば、特許文献１に記載した発明では、水素ガスと中間置換ガスとが攪拌しないような小さな速度（流量）で作業を行う必要がある点等が置換作業時間の増大に繋がっている。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、従来よりも短時間で機内ガスの置換作業を行い得る回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法は、上述した課題を解決するため、回転電機の機内の下部に設置される下部管の管内に不活性ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記下部管に形成された孔から前記回転電機の機内に導かれる前記不活性ガスと前記回転電機の機内に存在する空気とを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記回転電機の機内の上部に設置される上部管に形成された孔から前記空気を前記上部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に前記不活性ガスを封入する第１の工程、前記上部管の管内に水素ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる前記水素ガスと前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを前記下部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に前記水素ガスを封入する第２の工程、前記下部管の管内に不活性ガスを前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる前記不活性ガスと前記回転電機の機内に封入されている水素ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている水素ガスを前記上部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に封入されている水素ガスを機外へ放出する第３の工程、及び、前記上部管の管内に空気を前記回転電機の機内圧力の許容範囲内で一気に供給し、前記上部管の孔から前記回転電機の機内に導かれる空気と前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスとを前記回転電機の機内で攪拌させて、前記下部管の孔から前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを前記下部管の管内に導いて機外へ放出することで、前記回転電機の機内に封入されている不活性ガスを機外へ放出する第４の工程の、少なくとも何れかの工程を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換装置は、上述した課題を解決するため、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と回転電機の機内とを調整弁を介して接続する流路であり、前記不活性ガス供給部から前記回転電機の機内へ前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、水素ガスを供給する水素ガス供給部と回転電機の機内とを調整弁を介して接続する流路であり、前記水素ガス供給部から前記回転電機の機内へ前記水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、前記回転電機の機内と大気とを調整弁を介して接続する流路であり、前記回転電機の機内に残存するガスを機外へ放出する大気放出ラインと、前記回転電機の機内と圧縮空気供給装置とを調整弁を介して接続する流路であり、前記圧縮空気供給装置から空気を供給する空気取入ラインと、前記不活性ガス供給部のガス供給弁、前記不活性ガス供給ラインの調整弁、前記水素ガス供給部のガス供給弁、前記水素ガス供給ラインの調整弁、前記大気放出ラインの調整弁及び空気取入ラインの調整弁の各々の開度を制御する弁制御部と、を具備し、前記弁制御部は、前記不活性ガス供給部から受け取る前記不活性ガスの供給量、前記水素ガス供給部から受け取る前記水素ガスの供給量及び前記圧縮空気供給装置から受け取る空気の供給量の情報に基づいて、前記不活性ガス供給部のガス供給弁、前記不活性ガス供給ラインの調整弁、前記水素ガス供給部のガス供給弁、前記水素ガス供給ラインの調整弁、前記大気放出ラインの調整弁及び空気取入ラインの調整弁の少なくともいずれかを開閉して、前記水素ガス供給ライン、前記大気放出ライン、前記空気取入ライン及び前記不活性ガス供給ラインの開閉制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来よりも短時間で機内ガスの置換作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法を実施する装置の一例である従来の回転電機機内ガス置換装置の構成を示した概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス封入手順の中間置換ガス封入工程を説明する説明図。
【図３】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス封入手順の水素ガス封入工程を説明する説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス放出手順の水素ガス放出工程を説明する説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス放出手順の中間置換ガス放出工程を説明する説明図。
【図６】本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置の構成を示した概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置を添付の図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法（以下、「回転電機機内ガス置換方法」と称する。）を実施する装置（以下、「回転電機機内ガス置換装置」と称する。）の一例である従来の回転電機機内ガス置換装置１０の構成を示した概略図である。
【００１２】
回転電機機内ガス置換装置１０は、水素冷却式の回転電機１の機内に存在するガス（機内ガス）を、水素ガスと空気との混合を防止する不活性ガス（中間置換ガス）、水素または空気に置換する装置であり、従来の回転電機機内ガス置換方法を実施可能な回転電機機内ガス置換装置である。不活性ガス（中間置換ガス）としては、例えば、窒素、二酸化炭素及び希ガスから選ばれる少なくとも一種類を主成分とするガスが適用される。
【００１３】
本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法は、例えば、既存の回転電機機内ガス置換装置１０の一部または全部を使用して、回転電機１の機内ガスを、水素ガス、不活性ガスまたは空気に置換する、すなわち、機内ガスを入れ替えることができる。
【００１４】
水素冷却式の回転電機１の機内には、運転時に機内を冷却する冷媒として水素ガスが封入され、この水素ガスを機外の水素冷却系（図において省略）によって循環させることによって、回転電機１で発生する熱による温度上昇を所定範囲内に抑えている。回転電機１の回転軸２を支持する軸受３の近傍には軸シール部４が設けられ、軸シール部４に供給する密封油によって、機内に封入した水素ガスが密封される。また、回転電機１の機内には、水素ガスの封入及び排気を想定して、例えば、冷媒としての水素ガス、不活性ガス、空気等の気体を供給及び放出する上部管６と下部管７とが設けられる。なお、符号９は、点検等の際に機内アクセス用に設けられたマンホールである。
【００１５】
上部管６は、水素ガス供給部１１から水素ガスを複数の孔を設けた上部管６に供給し、上部管６の孔から管外に分散させることによって機内に水素ガスを導入する水素ガス供給ライン１２と、機内ガスとしての水素ガスを上部管６から大気へ放出する大気放出ライン１３と、機外から空気を取り入れて上部管６に供給し、上部管６の孔から管外に分散させることによって機内に導入する空気取入ライン１４と接続される。
【００１６】
回転電機１では、水素ガス供給部１１に貯えられている水素ガスを、水素ガス供給ライン１２を通して水素ガス供給部１１から上部管６へ供給することができる。例えば、図１に示される回転電機１では、水素ガス供給部１１の水素ガス供給源である水素ガスボンベ１５に加圧貯蔵される水素ガスは、水素ガス供給弁１６を通り、減圧弁１７で減圧され、減圧弁１７と上部管６とを接続する流路の開度を調整する調整弁１８が取り付けられた配管１９を通って上部管６へ供給される。なお、水素ガス供給源としての水素ガスボンベ１５は、例えば、機内容積の３倍量等、機内容積に対応させた量を予め用意しておく方が好ましい。
【００１７】
また、回転電機１では、機内に存在する水素ガスを、上部管６の孔から管内に導入して大気放出ライン１３に導き、大気放出ライン１３を通して大気中に放出することができる。例えば、図１に示される回転電機１では、機内に存在する水素ガスが、上部管６の孔から上部管６の内部に導かれ、上部管６からさらに配管１９に導かれる。その後、配管１９に導かれた水素ガスは、さらに、配管１９から大気に通じる流路の開度を調整する調整弁２１及び調整弁２２が取り付けられた大気放出管２３へ導かれ、大気放出管２３の開口部２３ａから大気中へ放出される。
【００１８】
さらに、回転電機１では、機外から取り入れた空気（乾燥空気）を、空気取入ライン１４を通して上部管６へ供給することができる。例えば、図１に示される回転電機１では、調整弁２５が取り付けられた空気取入管２６が配管１９と接続されている。空気取入管２６の開口部２６ａに圧縮した乾燥空気を機内に供給する圧縮空気供給装置２９を接続することで、圧縮空気供給装置２９から供給される空気は、空気取入管２６、配管１９、そして、上部管６へ導かれ機内に供給される。
【００１９】
下部管７は、不活性ガス供給部３１から供給される窒素ガス等の不活性ガスを複数の孔を設けた下部管７から分散させて機内に導入する不活性ガス供給ライン３３と、機内ガスとしての不活性ガスを大気へ放出する大気放出ライン３４と接続される。
【００２０】
回転電機１では、不活性ガス供給部３１に貯えられている不活性ガスを、不活性ガス供給ライン３３を通して不活性ガス供給部３１から下部管７へ供給することができる。例えば、図１に示される回転電機の機内ガス置換装置１０では、窒素ガスを不活性ガスとして使用している。窒素ガスは、その性状から容易に使用量を測定することができ、希ガス等に比べて安価である点で、ガス置換作業及び機内ガスの濃度推定を容易に行うことができる。
【００２１】
図１に示される回転電機１では、不活性ガス供給源としての窒素ガスボンベ３５に加圧貯蔵される窒素ガスが、窒素ガス供給弁３６を通り、減圧弁３７で減圧され、調整弁３８が取り付けられた配管３９を通って下部管７へ供給される。なお、不活性ガス供給源としての窒素ガスボンベ３５は、例えば、機内容積の３倍量等、機内容積に対応させた量を予め用意しておく方が好ましい。
【００２２】
また、回転電機１では、機内に存在する不活性ガスを、下部管７の孔から管内に導入して大気放出ライン３４に導き、大気放出ライン３４を通して大気中に放出することができる。例えば、図１に示される回転電機１では、機内に存在する不活性ガスが、下部管７の孔から下部管７の内部に導かれ、下部管７からさらに配管３９に導かれる。その後、配管３９に導かれた不活性ガスは、配管３９と大気放出管２３とを接続する流路の開度を調整する調整弁４１が取り付けられた配管４３へ導かれ、さらに、配管４３から大気放出管２３へ導かれ、開口部２３ａから大気中へ放出される。
【００２３】
一方、回転電機機内ガス置換装置１０は、回転電機１の機内ガスの濃度（純度）及び圧力等を監視制御するガス制御盤４５と、回転電機１の機内と大気とを接続する大気放出ライン１３，３４を通るガスの濃度（純度）を計測する掃気盤４６とを備える。
【００２４】
ここで、符号５１，５２，５３，５４は、それぞれ、ドラフトゲージ、機内圧力計、ガス純度計、及び、大気放出管である。また、符号５６は、ガス純度計である。さらに、符号Ｐ１は配管１９と大気放出管２３との分岐点（合流点）、符号Ｐ２は配管１９と空気取入管２６との分岐点（合流点）、符号Ｐ３は配管３９と配管４３との分岐点（合流点）、符号Ｐ４は大気放出管２３の調整弁２１と調整弁２２との間に設けられた大気放出管２３と配管４３との分岐点（合流点）である。
【００２５】
なお、図１に示される回転電機１では、水素ガス供給ライン１２、大気放出ライン１３及び空気取入ライン１４の一部が共通する流路を有する構成であるが、各々が独立に構成される場合もある。さらに、不活性ガス供給ライン３３及び大気放出ライン３４についても、水素ガス供給ライン１２、大気放出ライン１３及び空気取入ライン１４と同様に、各々が独立に構成される場合もある。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法について説明する。なお、以下に説明する本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法は、図１に示される回転電機機内ガス置換装置１０を使用して行う場合の例である。
【００２７】
図２，３は、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス封入手順を説明する説明図であり、図４，５は、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法が具備する水素ガス放出手順を説明する説明図である。図２，３，４，５の各図に示される各調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１は、必要時には開放されるが通常時は閉止している常閉弁である。
【００２８】
本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法は、水素冷却式の回転電機１の機内に存在するガス（機内ガス）を、不活性ガス、水素ガスまたは空気に置換する方法である。本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換方法は、回転電機１の機内に水素ガスを封入する水素ガス封入手順（図２，３）及び回転電機の機内から水素ガスを放出する水素ガス放出手順（図４，５）の少なくとも一方の手順を具備する。
【００２９】
水素ガス封入手順は、回転電機１の機内が空気で満たされている状態から不活性ガスを供給して回転電機１の機内ガスを空気から不活性ガス（中間置換ガス）に置換する中間置換ガス封入工程と、回転電機１の機内に不活性ガス（中間置換ガス）が封入されている状態から水素ガスを供給して回転電機１の機内ガスを不活性ガスから水素ガスに置換して回転電機１の機内に水素ガスを封入する水素ガス封入工程との少なくとも一方の工程を備える。
【００３０】
また、水素ガス放出手順は、回転電機１の機内に水素ガスが封入されている状態から不活性ガス（中間置換ガス）を供給して回転電機１の機内ガスを水素ガスから中間置換ガスに置換することによって回転電機１の機内から水素ガスを放出する水素ガス放出工程と、回転電機１の機内に不活性ガス（中間置換ガス）が封入されている状態から空気を供給して回転電機１の機内ガスを中間置換ガスから空気に置換することによって回転電機１の機内から中間置換ガスを放出する中間置換ガス放出工程との少なくとも一方の工程を備える。
【００３１】
中間置換ガス封入工程（図２）では、まず、機内ガスである空気を上部管６から大気中へ放出する放出口を確保する。より詳細には、常閉弁である調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１のうち、調整弁２１，２２を開いて、上部管６が、配管１９、調整弁２１、調整弁２２及び大気放出管２３を介して大気と接続された状態（大気開放状態）にする。
【００３２】
続いて、不活性ガス供給部３１に貯えられている不活性ガス（中間置換ガス）としての窒素ガスを下部管７に供給する。より詳細には、調整弁３８を微開し、配管３９を流れるガスの音が通常時に生じる音と異なっていないか及び機内圧力計５２で計測される機内圧力の上昇がないかを確認した後、調整弁３８をさらに開く。
【００３３】
調整弁３８の開度は、機内圧力が予め設定されている安全限界の圧力上限値を超えない範囲内で最大限にする。すなわち、可能な限り一気に窒素ガスを機内に供給する。窒素ガスの供給速度（単位時間当たりの供給量）は、排気側となる大気放出ライン１３の排気能力（単位時間当たりの排気量）に応じて決定される。
【００３４】
また、窒素ガスの供給終了のタイミングは、機内に水素ガスが混入した際に爆発が生じない程度（水素濃度の爆発限界下限未満）に窒素ガスの濃度が高まった時点であり、例えば、機内の窒素ガス濃度９５％に到達した時点とする。
【００３５】
中間置換ガス封入工程において、窒素ガス濃度が所定濃度以上に到達しているか否かの判断は、機内への窒素ガス供給量に基づいて行う。窒素ガス供給量は、例えば、予め容量が既知の窒素ガスボンベ３５の消費本数や、不活性ガス供給部３１の不活性ガス供給量を計測する流量センサの情報に基づいて計測される計測結果から判断することができる。
【００３６】
また、容器内のガスを別のガスで置換する際に必要となるガス供給量（ガス消費量）と容器内のガス濃度とは以下の式（１）で示す関係がある。なお、式（１）で示される「ｌｎ」は底をネイピア数ｅ（＝２．７１８・・・）とする対数（自然対数）を示す表記である。すなわち、ｌｎＹ＝ｌｏｇｅＹ（Ｙ＞０）を意味する。
【００３７】
【数１】
0005787802.tif 000002
【００３８】
例えば、機内に封入する窒素ガスの純度（封入ガス純度：Ｚ０）が１００％、ガス封入前の機内における窒素ガスの濃度（封入前容器内ガス濃度：Ｚ１）が０％、ガス封入後の機内における窒素ガスの濃度（封入後容器内ガス濃度：Ｚ２）が９５％とすると、上述した式（１）に代入し、必要となるガス消費量は、ｌｎ｛１００／１００−９５｝≒２．９９であり、機内容積の約３倍である。すなわち、機内容積の３倍量となる窒素ガスを供給し終えた時点で、機内の窒素ガス濃度は９５％に到達したと判断することができる。
【００３９】
機内に水素ガスが混入した際に爆発が生じない程度に窒素ガスの濃度が高まったと判断できる窒素ガスを機内に供給し終えると、調整弁３８を閉止して窒素ガスの供給を停止して、空気から不活性ガス（中間置換ガス）である窒素ガスへの置換を完了する。すなわち、中間置換ガス封入工程の全処理ステップを完了する。
【００４０】
なお、中間置換ガス封入工程では、ガス純度計５６を使用せずに上記式（１）による算出結果から機内の窒素ガス濃度を判断することにしているが、ガス純度計５６を使用して機内の窒素ガス濃度を二重チェックしても良い。
【００４１】
また、上述した中間置換ガス封入工程では、上記式（１）の算出結果から、機内容積の３倍量となる窒素ガスを供給し終えた時点で、機内の窒素ガス濃度は９５％に到達したと判断することにしているが、必ずしも３倍量である必要はなく、少なくとも３倍量であれば良い。例えば、数％程度の余裕を見込んで３．１倍量に到達した時点で機内の窒素ガス濃度は９５％に到達したと判断するようにしても良い。
【００４２】
次に、水素ガス封入工程（図３）では、まず、機内ガスである窒素ガスを下部管７から大気中へ放出する放出口を確保する。より詳細には、常閉弁である調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１のうち、調整弁４１，２２を開いて、下部管７が、配管１９、調整弁４１、調整弁２２及び大気放出管２３を介して大気と接続された状態（大気開放状態）にする。
【００４３】
続いて、水素ガス供給部１１に貯えられている水素ガスを上部管６に供給する。より詳細には、調整弁１８を微開し、配管１９を流れるガスの音が通常時に生じる音と異なっていないか、機内圧力計５２で計測される機内圧力の上昇がないか及び軸受３付近から水素ガスの漏れが生じていないかを確認した後、調整弁１８をさらに開く。
【００４４】
調整弁１８の開度は、機内圧力が予め設定されている安全限界の圧力上限値を超えない範囲内で最大限にする。すなわち、可能な限り一気に水素ガスを機内に供給する。水素ガスの供給速度（単位時間当たりの供給量）は、排気側となる大気放出ライン３４の排気能力（単位時間当たりの排気量）に応じて決定される。
【００４５】
また、水素ガスの供給終了のタイミングは、水素ガスの濃度が所定濃度、例えば、機内の水素ガス濃度９５％に到達した時点とする。水素ガス濃度が所定濃度以上に到達しているか否かは、上述した中間置換ガス封入工程と同様に、上述の式（１）を用いて、機内への水素ガス供給量で判断する。すなわち、機内容積の３倍量となる水素ガスを供給し終えた時点で、機内の水素ガス濃度は９５％に到達したと判断する。
【００４６】
なお、機内の水素ガス濃度は、ガス純度計５３を使用して二重チェックすることもできる。また、中間置換ガス封入工程と同様に、機内の水素ガス濃度が９５％に到達したと判断するタイミングは、必ずしも機内容積の３倍量である必要はなく、３倍量以上のタイミングであれば任意である。
【００４７】
機内の水素ガスの濃度が所定濃度以上に到達したと判断できる水素ガスを機内に供給し終えると、調整弁１８を閉止して水素ガスの供給を停止して、窒素ガスから水素ガスへの置換を完了する。すなわち、水素ガス封入工程の全処理ステップを完了する。
【００４８】
水素ガス放出工程（図４）では、まず、機内ガスである水素ガスを上部管６から大気中へ放出する放出口を確保する。より詳細には、常閉弁である調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１のうち、調整弁２１，２２を開いて、上部管６が、配管１９、調整弁２１、調整弁２２及び大気放出管２３を介して大気と接続された状態（大気開放状態）にする。
【００４９】
続いて、不活性ガス供給部３１に貯えられている不活性ガス（中間置換ガス）としての窒素ガスを下部管７に供給する。より詳細には、調整弁３８を微開し、配管３９を流れるガスの音が通常時に生じる音と異なっていないか、機内圧力計５２で計測される機内圧力の上昇がないか及び軸受３付近から水素ガスの漏れが生じていないかを確認した後、調整弁３８をさらに開く。
【００５０】
調整弁３８の開度は、機内圧力が予め設定されている安全限界の圧力上限値を超えない範囲内で最大限にする。すなわち、可能な限り一気に窒素ガスを機内に供給する。窒素ガスの供給速度（単位時間当たりの供給量）は、排気側となる大気放出ライン１３の排気能力（単位時間当たりの排気量）に応じて決定される。
【００５１】
また、窒素ガスの供給終了のタイミングは、機内に水素ガスが混入した際に爆発が生じない程度に窒素ガスの濃度が高まった時点であり、例えば、機内の窒素ガス濃度９５％に到達した時点とする。窒素ガス濃度が所定濃度以上に到達しているか否かは、上述した中間置換ガス封入工程と同様に、上述の式（１）を用いて、機内への窒素ガス供給量で判断する。すなわち、機内容積の３倍量となる窒素ガスを供給し終えた時点で、機内の窒素ガス濃度は９５％に到達したと判断する。
【００５２】
機内に水素ガスが混入した際に爆発が生じない程度に窒素ガスの濃度が高まったと判断できる窒素ガスを機内に供給し終えると、調整弁３８を閉止して窒素ガスの供給を停止して、水素ガスから窒素ガスへの置換（水素ガスの放出）を完了する。すなわち、水素ガス放出工程の全処理ステップを完了する。
【００５３】
なお、水素ガス放出工程では、ガス純度計５６を使用せずに上記式（１）による算出結果から機内の窒素ガス濃度を判断することにしているが、ガス純度計５６を使用して機内の窒素ガス濃度を二重チェックしても良い。また、中間置換ガス封入工程と同様に、機内の窒素ガス濃度が９５％に到達したと判断するタイミングは、必ずしも機内容積の３倍量である必要はなく、３倍量以上のタイミングであれば任意である。
【００５４】
中間置換ガス放出工程（図５）では、図５に示されるように、中間置換ガス放出工程の開始前に、マンホール９を使って酸素濃度計５８のセンサ５９を回転電機１の機内に設置する。また、圧縮空気供給装置２９を空気取入管２６の開口部２６ａに接続して圧縮乾燥空気を機内に供給可能する。すなわち、回転電機１の機内の酸素濃度を測定できる状態及び回転電機１の機内に圧縮空気を供給できる状態とした後、中間置換ガス放出工程を開始する。
【００５５】
中間置換ガス放出工程では、まず、機内ガスである窒素ガスを下部管７から大気中へ放出する放出口を確保する。より詳細には、常閉弁である調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１のうち、調整弁４１，２２を開いて、下部管７が、配管１９、調整弁４１、調整弁２２及び大気放出管２３を介して大気と接続された状態（大気開放状態）にする。
【００５６】
続いて、空気を上部管６に供給する。より詳細には、調整弁２５を微開し、配管１９を流れるガスの音が通常時に生じる音と異なっていないか及び機内圧力計５２で計測される機内圧力の上昇がないかを確認した後、調整弁２５をさらに開く。
【００５７】
調整弁２５の開度は、機内圧力が予め設定されている安全限界の圧力上限値を超えない範囲内で最大限にする。すなわち、可能な限り一気に空気を機内に供給する。空気の供給速度（単位時間当たりの供給量）は、排気側となる大気放出ライン３４の排気能力（単位時間当たりの排気量）に応じて決定される。
【００５８】
空気の供給終了のタイミングは、例えば、機内の酸素濃度が１８％以上に到達した時点とする。機内の酸素濃度が１８％以上に到達しているか否かの判断は、上述した中間置換ガス封入工程、水素ガス封入工程及び水素ガス放出工程と同様にガス供給量で判断する。上述の式（１）を用いれば、機内容積の３倍量となる空気を圧縮空気供給装置２９から供給し終えた時点で、理論的には機内ガスの９５％以上は空気に置換されていると判断できる。
【００５９】
ここで、空気（大気）は、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス等の混合気体であり、大気中に含まれる酸素は約２１％である点に鑑みれば、機内ガスの９５％が空気である状態は、機内ガスの約２０％が酸素といえるため、機内容積の３倍量となる空気を圧縮空気供給装置２９から供給し終えた時点で、機内の酸素濃度は１８％以上となっていると判断する。
【００６０】
なお、上述の式（１）において、供給する空気の酸素濃度をｋ％、機内に封入する空気の純度を１００（Ｚ０＝１００）％、空気封入前の機内における酸素濃度を０（Ｚ１＝０）％、空気封入後の機内における酸素濃度ｘ％と仮定して近似すれば、上述の式（１）は、下記式（２）で表すことができる。この下記式（２）を用いて空気の供給終了のタイミングを判断しても良い。
【００６１】
【数２】
0005787802.tif 000003
【００６２】
機内の空気（または酸素）濃度が所定濃度以上に到達したと判断できる空気を機内に供給し終えると、調整弁２５を閉止して空気の供給を停止して、窒素ガスから空気への置換を完了する。すなわち、中間置換ガス放出工程の全処理ステップを完了する。
【００６３】
なお、中間置換ガス放出工程では、ガス純度計を使用せずに上記式（１）又は（２）に基づく空気供給量の算出結果から機内の空気濃度（または酸素濃度）を判断することにしているが、保守点検の際の作業員の安全確保等の点を考慮すれば、酸素濃度計５８で酸素濃度を測定し、機内の酸素濃度が所定範囲内にあることを確認しておく方が好ましい。また、機内の酸素濃度は１８％に到達したと判断するタイミングは、必ずしも機内容積の３倍量となる空気を圧縮空気供給装置２９から供給し終えた時点である必要はなく、３倍量以上のタイミングであれば任意である。
【００６４】
さらに、図５に示される圧縮空気供給装置２９は、空気供給量の測定機能を持ち、空気供給量を計測できることを前提に説明しているが、圧縮空気供給装置２９が空気供給量測定機能を持たない場合には、空気取入管２６を流れる空気の流量を計測する流量センサを別途設置することによって、または、圧縮空気供給装置２９の空気供給能力（単位時間当たりの排気量）と動作時間から推定することによって、圧縮空気供給装置２９が空気供給量測定機能を持たない場合であっても、空気供給量を得ることができ、上述した回転電機の機内ガス置換方法を適用することができる。
【００６５】
上述した回転電機の機内ガス置換方法によれば、機内容積の約３倍量に当たる量のガスを回転電機１の機内へ一気に送り込むことで、機内でガスを積極的に攪拌させて機内ガスの置換（入れ替え）を行うため、従来の回転電機機内ガス置換方法と比較してより短い作業時間で機内ガスの置換を行うことができる。例えば、従来の回転電機機内ガス置換方法の一つである炭酸ガス置換方法では、約４〜５時間を要する回転電機１の機内ガスの置換作業を、回転電機機内ガス置換装置１０を用いて行う回転電機１の機内ガス置換方法では、約１〜２時間で行うことができる。
【００６６】
また、上述した回転電機の機内ガス置換方法によれば、機内でガスを積極的に攪拌させて機内ガスの置換するため、従来の回転電機機内ガス置換方法の一つである炭酸ガス置換方法のような空気と炭酸ガスのように比重差による置換と異なり、空気との比重差を考慮することなく中間置換ガスを選択することができる。
【００６７】
さらに、上述した回転電機の機内ガス置換方法によれば、中間置換ガスとして炭酸ガスを使用しなくても回転電機１の機内ガスを置換することができるため、温室効果ガスの一つである炭酸ガスを大気中に放出することなく機内ガスの置換を行うことができる。
【００６８】
さらにまた、上述した回転電機の機内ガス置換方法によれば、従来の回転電機機内ガス置換装置１０の少なくとも一部を適用して機内ガスの置換（入れ替え）を行うことができるので、既存の回転電機１及び従来の回転電機機内ガス置換装置１０をそのまま適用して回転電機１の機内ガスを置換することができる。
【００６９】
特に、上述した回転電機の機内ガス置換方法では、機内から掃気（放出）するガスまたは機内ガスの濃度を計測しなくても良いため、従来の回転電機機内ガス置換装置１０において、ガス純度計５３，５６が機能しない（ガス濃度を計測できない）場合であっても、回転電機１の機内ガスの置換を行うことができる。すなわち、ガス制御盤４５や掃気盤４６が、例えば、大雨、洪水、津波等で水没する等の事態があって動作しなくなったとしても、流路が無事であれば、機内ガスの置換を行える点で有益である。
【００７０】
なお、上述した回転電機の機内ガス置換方法は、既存設備の有効利用の観点から、従来の回転電機機内ガス置換装置１０の少なくとも一部を適用して行っていた例であるが、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法の実施を前提とすれば、回転電機機内ガス置換装置１０よりも本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法の実施に適した回転電機機内ガス置換装置を構成することができる。
【００７１】
［変形例］
図６は、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置の一例である回転電機機内ガス置換装置１０Ａの構成を示す概略図である。
【００７２】
回転電機機内ガス置換装置１０Ａは、従来の回転電機機内ガス置換装置１０よりも本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法の実施に適した構成であり、より詳細には、図１に示される回転電機機内ガス置換装置１０の一部構成要素が省略されている点及び制御部６５をさらに備える点で相違する。そこで、制御部６５を中心に説明し、実質的に同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
回転電機機内ガス置換装置１０Ａでは、制御部６５が、回転電機１の機内圧力を計測する圧力計測部としての圧力トランスミッタ６７から受け取る前記機内圧力の計測結果に基づいて、回転電機の機内圧力の許容範囲内となるように、水素ガス供給弁１６、窒素ガス供給弁３６、及び、調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１の少なくとも何れかの開度を調整する。
【００７４】
また、制御部６５は、水素ボンベ１５の圧力（指示値）に基づいて水素消費量を、不活性ガスの一例である窒素の供給源となる窒素ボンベ３５の圧力（指示値）に基づいて窒素消費量を、例えば、配管２６に設置する流量計６９の流量（指示値）に基づいて空気供給量を、それぞれ、監視するとともに、当該監視結果に基づいて、水素ガス供給弁１６、窒素ガス供給弁３６、及び、調整弁１８，２１，２２，２５，３８，４１の少なくとも何れかの開度を調整して、水素ガス供給ライン１２、大気放出ライン１３，３４、空気取入ライン１４及び不活性ガス供給ライン３３の開閉状態を切替制御する。
【００７５】
ここで、回転電機機内ガス置換装置１０Ａでは、水素ガス消費量及び窒素ガス消費量の把握を容易にするため、予め、機内容積の３倍量以上の既知の量の水素ガス及び窒素ガスを用意しておく。この場合、流量計等を用意することなく、準備した全量のガスを消費したか否かで所望のガス供給量に到達したか否かを判断できる。
【００７６】
回転電機機内ガス置換装置１０Ａは、図１に示される回転電機機内ガス置換装置１０に対して、ガス制御盤４５（ドラフトゲージ５１、機内圧力計５２、ガス純度計５３）及び掃気盤４６（ガス純度計５６）が省略されている。ガス制御盤４５及び掃気盤４６の構成を省略しているのは、上述したように、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法では、機内のガス濃度をガス純度計等の濃度計測手段を用いることなく、ガス供給量に基づいて判断するためである。
【００７７】
なお、上述した回転電機機内ガス置換装置１０Ａの制御部６５は、空気供給量を監視する一例として、配管２６に設置する流量計６９の流量（指示値）に基づいて行う例であるが、他の手法で空気供給量を監視することもできる。空気供給量装置２９が空気供給量の測定機能を有する場合には、空気供給量装置２９が測定する空気供給量に基づいて空気供給量を監視することもできるし、空気供給量装置２９の空気供給能力（単位時間当たりの排気量）と必要な空気供給量とから求められる必要な動作時間を監視することによって、空気供給量を監視することもできる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置によれば、機内容積の約３倍量に当たる量のガスを回転電機１の機内へ一気に送り込むことで、機内でガスを積極的に攪拌させて機内ガスの置換（入れ替え）を行うため、従来の回転電機機内ガス置換方法よりも作業時間を短縮することができる。
【００７９】
また、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置では、空気との比重差に関係なく中間置換ガスを選択することができるため、中間置換ガスとして炭酸ガスを使用しなくても回転電機１の機内ガスを置換することができる。従って、温室効果ガスの一つである炭酸ガスを大気中に放出することなく機内ガスの置換を行うことができる。
【００８０】
さらに、本発明の実施形態に係る回転電機の機内ガス置換方法及び機内ガス置換装置では、従来の回転電機機内ガス置換方法のように、機内から掃気（放出）するガスまたは機内ガスの濃度を計測する必要がないので、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置の一例としてガス純度計５３，５６を備えない回転電機機内ガス置換装置を構成することができる。すなわち、従来よりも回転電機機内ガス置換装置の構成を簡素化できる。
【００８１】
なお、本明細書において、幾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を意図していない。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、追加、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。
【００８２】
例えば、図１に示される回転電機機内ガス置換装置１０は、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置の一例であり、本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置は図１に示される装置構成に限定されるものではない。例えば、図１に示される回転電機機内ガス置換装置１０に対して、掃気盤４６（ガス純度計５６）等の使用を前提としてない構成要素を省略した装置を本発明の実施形態に係る回転電機機内ガス置換装置として構成することもできる。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・回転電機、２・・・回転軸、３・・・軸受、４・・・軸シール部、６・・・上部管、７・・・下部管、９・・・マンホール、１０，１０Ａ・・・回転電機機内ガス置換装置、１１・・・水素ガス供給部、１２・・・水素ガス供給ライン、１３・・・大気放出ライン、１４・・・空気取入ライン、１５・・・水素ガスボンベ、１６・・・水素ガス供給弁、１７・・・減圧弁、１８・・・調整弁、１９・・・配管、２１・・・調整弁、２２・・・調整弁、２３・・・大気放出管、２３ａ・・・開口部、２５・・・調整弁、２６・・・空気取入管、２６ａ・・・開口部、２９・・・圧縮空気供給装置、３１・・・不活性ガス供給部、３３・・・不活性ガス供給ライン、３４・・・大気放出ライン、３５・・・窒素ガスボンベ、３６・・・窒素ガス供給弁、３７・・・減圧弁、３８・・・調整弁、３９・・・配管、４１・・・調整弁、４３・・・配管、４５・・・ガス制御盤、４６・・・掃気盤、５１・・・ドラフトゲージ、５２・・・機内圧力計、５３・・・ガス純度計、５４・・・大気放出管、５６・・・ガス純度計、５８・・・酸素濃度計、５９・・・センサ、６５・・・制御部、６７・・・圧力トランスミッタ（圧力計測部）、６９・・・流量計。
【図１】
0005787802.tif 000007
【図２】
0005787802.tif 000008
【図３】
0005787802.tif 000009
【図４】
0005787802.tif 000010
【図５】
0005787802.tif 000011
【図６】
0005787802.tif 000012