(57)【要約】【課題】放出させた水素ガスに着火させない簡単な構造の水素ガス放出装置を提供する。【解決手段】一実施形態の水素ガス放出装置１は、水素冷却式の回転電機の水素ガス流通経路に接続され、回転電機を格納する建屋１００の外に配置される排出口１１から大気中へ水素ガスＧを放出させる管路１０を有し、弁２０と、第１の区間１２と、屈曲区間１３と、第２の区間１４と、メッシュ１５と、フィルタ１６とを備える。フィルタ１６は、水素ガスＧが放出されている間に水素の爆発上限界を超える濃度を維持するのに十分な距離だけ排出口１１から上流側に離れた位置に設置され、水素ガスＧとともに管路１０を流れて来る微物Ｐを回収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素冷却式の回転電機の水素ガス流通経路に接続されて前記回転電機を格納する建屋の外に配置される排出口から大気中へ水素ガスを放出させる管路を有した水素ガス放出装置であって、
前記建屋の内側の前記管路に設置され非常時に水素ガスを流通させる弁と、
前記管路の一部であって前記建屋の外で水素ガスを上向きに流通させる第１の区間と、
前記管路の一部であって前記第１の区間の下流で水素ガスの流れを下向きにした後で水平方向へ変向する屈曲区間と、
前記管路の一部であって前記屈曲区間の下流から前記排出口まで水素ガスを水平に流通させる第２の区間と、
前記排出口に装着され外部から異物が侵入するのを防ぐメッシュと、
水素ガスが放出されている間に水素の爆発上限界を超える濃度を維持するのに十分な距離だけ前記排出口から上流側に離れた位置に設置されて水素ガスとともに前記管路を流れて来る微物を回収するフィルタと
を備えることを特徴とする水素ガス放出装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記第１の区間に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載された水素ガス放出装置。
【請求項３】
前記フィルタは、前記第２の区間に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載された水素ガス放出装置。
【請求項４】
前記微物を前記管路の外に除去するための開放部を前記フィルタの上流に設ける
ことを特徴とする請求項１に記載された水素ガス放出装置。
【請求項５】
前記開放部は、前記管路の壁に形成された開放口と、その開放口を塞ぐ蓋とを備える
ことを特徴とする請求項４に記載された水素ガス放出装置。
【請求項６】
前記開放部は、前記管路の一部を取り外せるように構成した開放区間である
ことを特徴とする請求項４に記載された水素ガス放出装置。
【請求項７】
前記開放部の内部を目視確認するための検査窓を設ける
ことを特徴とする請求項４に記載された水素ガス放出装置。
【請求項８】
前記微物が堆積する範囲の下部に前記微物の量を計測するセンサを備える
ことを特徴とする請求項４に記載された水素ガス放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機内を流通する水素ガスを建屋外の大気中へ放出する際に使用される水素ガス放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の回転電機は、運転中に発生する熱によって構成部材が変形するのを防止するために、冷却媒体を内部に循環させる冷却装置を装備している。冷却装置は、回転電機の鉄心、回転子、固定子などの構成部材の内部およびこれらの間に、冷却媒体の流通経路を形成し、冷却媒体の供給装置も備えている。冷却媒体には、熱容量の大きい水素ガスが採用されている。回転電機の内部の水素ガスは、回転子および固定子のコイルを直接冷却するように循環される。冷却媒体は、循環する中で熱交換器を通過することによって、冷却される。
【０００３】
冷却媒体として利用される水素ガスは、可燃性であり、空気中に放散され空気との混合比率が４〜７５％になった場合、爆発的に燃焼する性質を有している。回転電機が故障して軸受などから水素ガスが建屋内部に漏出すると、容易に爆発範囲の濃度範囲まで希釈される。このとき建屋内部で火災が発生しているなど着火源が存在していると、混合ガスに引火し爆発するなど二次災害を引き起こす要因となる。
【０００４】
このような事態を未然に防止するために、水素冷却式発電機等の施設には、水素ガスを緊急に建屋外へ放出するための水素ガス放出装置が装備されている。水素ガス放出装置は、回転電機から建屋の外まで延びる水素ガス放出管と、回転電機の内部に連通する水素ガス放出管の流路を遮断する弁とを備える。
【０００５】
水素ガス放出管は、上方へ延びる管本体部と、管本体部の上端に連続し下方に向かう第１屈曲部と、第１屈曲部に連続し水平方向へ向かう第２屈曲部と、第２屈曲部に連続し水平に延びる放出部とで構成されている。大気へ開放された放出部の出口となる放出口は、メッシュで覆われている。このメッシュは、外部からの異物の浸入を阻止しかつ水素ガスの放出を妨げない程度の網である。
【０００６】
水素ガス放出管の内部に微物があると、水素ガスが緊急放出された場合、微物が管の内壁に擦れることで、著しく帯電することが知られている。そのため、接地棒に接続されたアース線が放出部から延びており、放出部が帯電するのを防止している。アース線を放出口に接続する水素ガス放出管の場合、管の内壁との摩擦によって微物が帯電することは防止される。
【０００７】
また、アース線を取り付ける代わりに、不活性ガスを放出口の直前に供給し、水素ガスが爆発下限界の濃度を超えないようにする方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−５４３８号公報
【特許文献２】特開平０２−３２７３４号公報
【特許文献３】特開平０５−３００７０２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、微物どうしが擦れることによっても静電気は生じる。この静電気は、微物が管の内壁に接触しない限り、アース線によって除去されない。
【００１０】
また、水素ガスが爆発下限界の濃度を超えない程度に不活性ガスを放出口に供給する場合、放出させる水素ガス量が多いと、不活性ガスの供給量が不足する。また、不活性ガスを貯留しておくためのボンベや、不活性ガスを緊急時にタイミングよく必要な量だけ供給するための弁などの装置が必要なだけでなく、これらを緊急時に備えて常に整備しておく必要がある。
【００１１】
そこで、本発明の一実施形態は、放出させた水素ガスに着火させない簡単な構造の水素ガス放出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態の水素ガス放出装置は、水素冷却式の回転電機の水素ガス流通経路に接続され、回転電機を格納する建屋の外に配置される排出口から大気中へ水素ガスを放出させる管路を有し、弁と、第１の区間と、屈曲区間と、第２の区間と、メッシュと、フィルタとを備える。弁は、建屋の内側の管路に設置され、非常時に水素ガスを流通させる。第１の区間は、管路の一部であって建屋の外で水素ガスを上向きに流通させる。屈曲区間は、管路の一部であって第１の区間の下流で水素ガスの流れを下向きにした後で水平方向へ変向する。第２の区間は、管路の一部であって屈曲区間の下流から排出口まで水素ガスを水平に流通させる。メッシュは、排出口に装着され外部から異物が侵入するのを防ぐ。フィルタは、水素ガスが放出されている間に水素の爆発上限界を超える濃度を維持するのに十分な距離だけ排出口から上流側に離れた位置に設置され、水素ガスとともに管路を流れて来る微物を回収する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の水素ガス放出装置を示す側面図。
【図２】図１に示した水素ガス放出装置のフィルタ周辺部の断面図。
【図３】図２に示した水素ガス放出装置の開放部を開いた断面図。
【図４】図１に示した水素ガス放出装置の開放部および検査窓を通る断面図。
【図５】図４に示した開放部および検査窓の変形例の断面図。
【図６】第２の実施形態の水素ガス放出装置を示す側面図。
【図７】図６に示した水素ガス放出装置の開放部および検査窓の断面図。
【図８】第３の実施形態の水素ガス放出装置の一部を切り欠いて示す側面図。
【図９】図８に示したフィルタおよび開放部を分解した断面図。
【図１０】第４の実施形態の水素ガス放出装置を示す側面図。
【図１１】図１０に示したフィルタおよび開放部を分解した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の実施形態の水素ガス放出装置１は、図１から図４を参照して説明する。図１に示す水素ガス放出装置１は、水素冷却式の回転電機に装備され、回転電機や水素冷却系統に異常が生じた非常時に、水素ガスＧを安全に排気するために設けられている。この水素ガス放出装置１は、回転電機の水素ガス流通経路に接続され、回転電機を格納する建屋１００の外に配置される排出口１１から大気中へ水素ガスＧを放出する管路１０を有している。水素ガス放出装置１は、弁２０と、第１の区間１２と、屈曲区間１３と、第２の区間１４と、メッシュ１５と、フィルタ１６とを備える。
【００１５】
弁２０は、図１に示すように建屋１００の内側の管路１０に装着されている。この弁２０は、遠隔操作によって操作される電磁弁であって、通常時には閉鎖されている。回転電機や水素冷却系等およびその周辺機器に異常が生じた場合、あるいは、建屋内で火災が発生した場合などの非常時に、回転電機の運転制御装置などによって検出される異常信号を基に、この弁２０は開放されて水素ガスＧを流通させる。また、水素ガス放出装置１は、弁２０の上流と下流の管路１０をバイパスするバイパス管２１と、そのバイパス管２１に設置される補助弁２２とを有している。
【００１６】
第１の実施形態の水素ガス放出装置１において管路１０は、建屋１００の側壁を通り抜けて外に延びている。第１の区間１２と屈曲区間１３と第２の区間１４とは、管路１０の一部である。第１の区間１２は、建屋１００の外で滑らかな円弧のエルボ管１２０によって接続されて上に向かって延びており、水素ガスＧを上向きに流通させる。
【００１７】
屈曲区間１３は、第１の区間１２の下流となる上端に接続され、水素ガスＧの流れを滑らかな１８０°の円弧の管１３１によって下向きに変向した後で、さらに水平方向へ滑らかな円弧のエルボ管１３２によって水素ガスＧの流れを変向する。屈曲区間１３は、排出口１１から雨が吹き込んでも屈曲区間１３を越えて奥へ雨水を浸入させないために配置されている。
【００１８】
第２の区間１４は、屈曲区間１３の下流に接続され、排出口１１まで水素ガスＧを水平に流通させる。メッシュ１５は、排出口１１に装着され、外部から異物が侵入するのを防ぐ。メッシュ１５の密度は、水素ガスＧの排出を妨げない程度に粗いものでよい。
【００１９】
フィルタ１６は、水素ガスＧが放出されている間に水素の爆発上限界を超える濃度に維持するのに十分な距離だけ排出口１１から上流側に離れた位置に設置される。この距離については、空気で充満された弁２０の下流の管路１０内に弁２０から水素を放出する様子を数値シミュレーション等で解析することによって求めることが可能である。図１および図２に示すように、第１の実施形態においてフィルタ１６は、排出口１１から上流側に奥まった第２の区間１４の途中に形成されたフランジ１４１，１４２の間に挿入されている。フィルタ１６は、水素ガスＧとともに管路１０を流れて来る微物Ｐを回収する。
【００２０】
ここで「微物」とは、管路１０を設置する際に内部に入ってしまう細かい粉塵や溶接スパッタ、経年劣化によって管路１０の内面に生じた錆など、水素ガスＧを放出させたときに管路１０を押し流され、静電気を帯電し得るものを含む。フィルタ１６は、管路１０を上流から運ばれてきた微物Ｐの静電気を除去できるように、導電性部材を含んでいてもよい。
【００２１】
さらに、第１の実施形態の水素ガス放出装置１は、図１および図２に示すように、フィルタ１６の上流に開放部１７を備える。開放部１７は、図２に示すようにフィルタ１６に捕らえられた微物Ｐを除去するために設けられる。したがって、第１の実施形態の場合、開放部１７は、フィルタ１６が設置された近傍の第２の区間１４に設けられる。この開放部１７は、管路１０の壁に管台１７０を設けて形成された開放口１７１と、この開放口１７１を塞ぐ蓋１７２とを備える。
【００２２】
開放口１７１は、微物Ｐが溜まる管路１０の下部側の壁に形成される。蓋１７２は、水素ガスＧが放出されたときにその水素ガスＧが噴出さないようにパッキンやガスケットを挿入して、ボルトとナットで開放口１７１に固定される。一度、水素ガス放出装置１によって水素ガスＧが放出された場合、水素ガスＧによって管路１０を運ばれて蓋１７２に溜まった微物Ｐおよびフィルタ１６やその近くに溜まった微物Ｐを排出するために、蓋１７２は、図３に示すように開放される。
【００２３】
また、第１の実施形態の水素ガス放出装置１は、開放部１７およびフィルタ１６の上流側近傍を目視確認するための検査窓１８を備えている。検査窓１８は、図１および図４に示すように、フィルタ１６から開放部１７の中心までの距離とほぼ同じ位置に設けられ、作業員が見やすいように、真上の位置から少し傾いた斜めの位置に取り付けられた管台１８１と、その管台１８１の先端に形成されたフランジ１８２に取り付けられたガラス板１８３と、ガラス板１８３を押える固定リング１８４とを含む。
【００２４】
以上のように構成された水素ガス放出装置１は、運転制御装置などによって回転電機や水素ガス供給系統から緊急に水素ガスＧを放出することが決定されると、弁２０が開放され、水素ガスＧが図１に示すように管路１０を勢いよく流れる。管路１０内部に点在していた微物Ｐは、水素ガスＧに押し流され、図２に示すようにフィルタ１６に回収される。フィルタ１６によって微物Ｐが除去された水素ガスＧは、フィルタ１６を通過しメッシュ１５を抜けて、排出口１１から大気中へ放出される。
【００２５】
このとき、フィルタ１６は、排出口１１から十分離れた上流の位置に配置されているので、放出された水素ガスＧが微物Ｐを搬送する十分な流速を有している間は、フィルタ１６よりも上流側は、爆発上限界をはるかに超えたほぼ１００％に近い水素濃度である。つまり、微物Ｐが静電気を帯びて放電しても、水素ガスＧを着火させない。また、排出口１１近傍で水素濃度が爆発上限界を下回り、爆発範囲になったとしても、着火源となる微物Ｐがフィルタ１６よりも下流へ行かないため、水素ガスＧは着火されない。そして、回転電機の内圧が下がり、大気が排出口１１から管路１０に侵入し水素ガス濃度が下がるころには、水素ガスＧの流速も低下し、微物Ｐも静電気を帯びなくなる。
【００２６】
また、水素ガスＧが放出された後、回収された微物Ｐは、開放部１７の蓋１７２を開放して除去することによって、管路１０内に残留する微物Ｐの量を減らすことができる。このとき、第１の実施形態の水素ガス放出装置は、検査窓１８を備えているので、蓋１７２を開けることなく、管路１０内の状態を確認することができる。このように、着火源となる微物Ｐを排出口１１の近傍に滞留させないことによって、排出した水素ガスＧが着火することを防止する。
【００２７】
ところで、第１の実施形態の水素ガス放出装置１の開放部１７は、管路１０に対して下方に管台を設けてフランジ構造で蓋１７２を取り付けている。また、検査窓１８は、開放部１７の蓋１７２の内面を覗きやすい角度に管路１０に形成した管台１８１にガラス板１８３を嵌めた構成としている。これに対して、図５に示す変形例のように、管路１０の外面に肉盛り溶接によって開放部用の座部１７３および検査窓用の座部１８５をそれぞれ形成し、蓋１７２およびガラス板１８３をそれぞれ取り付けてもよい。この場合、蓋１７２は、管路１０の側壁に沿って円弧にかつ内径に揃うように形成する。
【００２８】
さらに検査窓１８を開放部１７の蓋１７２に組み込むことによって、個別に管台を形成せずに済む。また、検査窓１８の汚れ具合を確認することで、微物Ｐの量を簡単に知ることができる。
【００２９】
以下に第２から第４の実施形態の水素ガス放出装置１を説明する。第１の実施形態の水素ガス放出装置１の構成と同じ機能を有する構成は、各実施形態の図中において同一の符号を付して、その説明は第１の実施形態の記載を参酌するものとする。
【００３０】
第２の実施形態の水素ガス放出装置１は、図６および図７を参照して説明する。この水素ガス放出装置１においてフィルタ１６は、第１の区間１２の途中に形成したフランジ１２１，１２２の間に挿入されている。フィルタ１６によって回収された微物Ｐは、重力によってフィルタ１６の直下に堆積する。
【００３１】
これに伴い、開放部１７の開放口１７１は、第１の区間１２の下端と接続されたエルボ管１２０に、フィルタ１６の直下となる方向へ延びた管台１７０によって造られる。蓋１７２は、この開放口１７１を塞ぐように取り付けられる。また、検査窓１８の管台１８１は、開放部１７の内部を目視確認しやすいように開放部１７の蓋１７２に向かって管台１７０の壁に斜めに取り付けられている。ガラス板１８３は、管台１８１の先端に形成されたフランジ１８２に嵌められ、固定リング１８４で押さえられる。
【００３２】
なお、図６および図７において、フィルタ１６が間に挿入される第１の区間１２のフランジ１２１，１２２、開放部１７の蓋１７２、および検査窓１８の固定リング１８４をそれぞれ固定するボルトおよびナットなどの締結具は、図中から省略している。
【００３３】
この水素ガス放出装置１は、屈曲区間１３よりも上流の第１の区間１２において微物Ｐをフィルタ１６で回収する。つまり、微物Ｐが屈曲区間１３の内壁によって擦れたり、それに伴って微物Ｐどうしが衝突したりしない。微物Ｐが帯電する機会が減る。また、フィルタ１６の直下に開放部１７を配置するので、フィルタ１６によって捕らえられた微物Ｐを回収しやすい。
【００３４】
第３の実施形態の水素ガス放出装置１は、図８および図９を参照して説明する。図８に示す水素ガス放出装置１において、管路１０は、建屋１００の屋根を通り抜けて外へ延びている。したがって、第１の区間１２は、エルボ管１２０を挿入することなく弁２０から真っ直ぐに伸びている。第３の実施形態の水素ガス放出装置１のフィルタ１６は、第２の区間１４に配置される。したがって、開放部１７もフィルタの１６の上流側の第２の区間１４に配置される。この場合の開放部１７は、図８および図９に示すように、フィルタ１６の直ぐ上流側の管路１０の一部を、第２の区間１４のフランジ１４１，１４２およびこれよりも上流に設けられるフランジ１４３，１４４によって取り外せるように構成された開放区間１７５である。
【００３５】
以上のように構成された水素ガス放出装置１において、水素ガスＧが放出された場合、微物Ｐは、図８および図９に示すように、フィルタ１６に捕獲されて開放部１７の中に溜まる。図９に示すようにフランジ１４１，１４２とフランジ１４３，１４４をそれぞれ分解すれば、開放区間１７５を取り外すことができる。開放部１７は、建屋１００の外に配置される。開放区間１７５を取り外したときにせっかく回収した微物Ｐが風などによって管路１０の上流へ吹き戻されないように、開放区間１７５の上流側のフランジ１４３，１４４を先に分解し、仮蓋になるようなプレートを差し入れるとよい。
【００３６】
第３の実施形態の水素ガス放出装置１は、図８および図９において検査窓１８が図示されていない。この実施形態の水素ガス放出装置１においても第１の実施形態の水素ガス放出装置１の検査窓１８を開放区間１７５に備えることによって、フィルタ１６の上流側および開放部１７の内部の微物Ｐを目視確認してもよい。管路１０の一部を開放部１７として取り外すことでフィルタ１６も外れる。フィルタ１６をクリーニングしたり、必要に応じて交換したりすることも容易である。
【００３７】
第４の実施形態の水素ガス放出装置１は、図１０および図１１を参照して説明する。図１０に示す水素ガス放出装置１において管路１０は、建屋１００の側壁を水平に通り抜けている。フィルタ１６は、第２の実施形態の水素ガス放出装置１と同じく、第１の区間１２の途中に設けられたフランジ１２１，１２２の間に装着される。開放部１７は、第１の区間１２の上流端が接続されるエルボ管１２０の上流側のフランジ１２５，１２６および下流側のフランジ１２３，１２４を図１１に示すように分解することによって、管路１０の一部として取り外せる開放区間１７５として構成されている。
【００３８】
開放区間１７５は、図１０および図１１に示すように弁２０から水平に延びる方向に、エルボ管１２０の内部を目視確認するための検査窓１８を有している。フィルタ１６の直下に位置し微物Ｐが堆積する部分が検査窓１８から見える。
【００３９】
以上のように構成された水素ガス放出装置１において、水素ガスＧが放出され多場合、他の実施形態と同様に微物Ｐは、フィルタ１６に捕獲され、開放部１７の中に溜まる。そこで、図１１に示すように上流側のフランジ１２５，１２６および下流側のフランジ１２３，１２４をそれぞれ分解して開放区間１７５を外すことによって、微物Ｐを除去する。開放区間１７５を外したときに微物Ｐが上流へ吹き戻されないように、上流側のフランジ１２５，１２６から先に分解し、仮蓋になるようなプレートを差し込むとよい。
【００４０】
検査窓１８は、弁２０から水平に延びる方向へ配置する代わりに、第１の区間１２に沿って直下へ延びる方向、すなわち微物Ｐが堆積する位置に配置してもよい。検査窓１８の汚れ具合で微物Ｐの堆積量を簡単に知ることができる。
【００４１】
微物Ｐの堆積量を目視確認する代わりに、上述のように微物Ｐが堆積する範囲の下部に検査窓１８を配置し、検査窓１８越しに光学センサで光の反射率や透過率を測定することによって、微物Ｐの体積量を計測してもよい。この微物量測定方法は、第１の実施形態から第４の実施形態のいずれの水素ガス放出装置１にも適用することができる。
【００４２】
各実施形態において、フランジを接合するためにボルトとナットを締結具として例示したが、管路１０を分解できるように接続するものであれば、ボルトおよびナット以外のものを用いてもよい。
【００４３】
各実施形態の水素ガス放出装置１は、水素ガスＧが放出されている間に水素の爆発上限界を超える濃度を維持するのに十分な距離だけ排出口１１から上流側に離れた位置にフィルタ１６を有しているので、管路１０内の水素ガスＧが爆発範囲の濃度に成り得る排出口１１近傍まで、着火源となる微物Ｐを到達させない。その結果、水素ガスＧが放出された場合に、管路１０内を押し流された微物Ｐが帯電しても、放出された水素ガスＧが着火されることはない。
【００４４】
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、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、発明の範囲は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】
【００４５】
１…水素ガス放出装置、１０…管路、１１…排出口、１２…第１の区間、１３…屈曲区間、１４…第２の区間、１５…メッシュ、１６…フィルタ、１７…開放部、１７１…開放口、１７２…蓋、１７５…開放区間、１８…検査窓、２０…弁、１００…建屋、Ｇ…水素ガス、Ｐ…微物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012205327.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012205327.tif 000012
【図１１】
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