(57)【要約】【課題】維持経費及び製造コストを低減でき、発電機内を水素ガスから空気へと安全且つ容易に置換できる気体交換装置等を提供すること。【解決手段】気体交換装置３０は、発電機２０内に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給部３３と、発電機２０内に空気を供給する空気供給部３５と、炭酸ガス供給部３３及び空気供給部３５を制御する制御部４１と、発電機２０から排出ガスを排出するガス排出部３７と、排出ガスに含有される炭酸ガス濃度を測定する純度計４３とを備える。制御部４１は、純度計４３での測定値が９０％未満のとき炭酸ガス供給部３３の稼動を続行し、９０％以上のとき炭酸ガス供給部３３を停止し且つ空気供給部３５を起動する炭酸ガス制御部４１１と、純度計４３での測定値が１０％を超えるとき空気供給部３５の稼動を続行し、１０％以下のとき空気供給部３５を停止する空気制御部４１３と、を有する。【選択図】図１
2009033868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスが充填された発電機内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、前記発電機内に空気を供給する空気供給手段と、前記掃気ガス供給手段及び前記空気供給手段を制御する制御手段と、前記発電機から排出ガスを排出する排出手段と、を備え、前記発電機内の気体が、水素ガス、掃気ガス、空気へと順次交換される気体交換装置であって、
排出ガスに含有される掃気ガス濃度を測定する掃気ガス測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記掃気ガス測定手段での測定値が第一所定値未満である場合には前記掃気ガス供給手段の稼動を続行し、第一所定値以上である場合には前記掃気ガス供給手段を停止し且つ前記空気供給手段を起動する掃気ガス制御手段と、
前記掃気ガス測定手段での測定値が第二所定値を超える場合には前記空気供給手段の稼動を続行し、第二所定値以下である場合には前記空気供給手段を停止する空気制御手段と、を有する気体交換装置。
【請求項２】
請求項１記載の気体交換装置と、前記発電機と、を備える発電システム。
【請求項３】
水素ガスが充填された発電機内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、前記発電機内に空気を供給する空気供給手段と、前記発電機から排出ガスを排出する排出手段と、を備える気体交換装置を用いて、前記発電機内の気体を、水素ガス、掃気ガス、空気へと順次交換する気体交換方法であって、
排出ガスに含有される掃気ガス濃度を測定する掃気ガス測定手順と、
前記掃気ガス測定手順での測定値が第一所定値未満である場合には前記掃気ガス供給手段の稼動を続行し、第一所定値以上である場合には前記掃気ガス供給手段を停止し且つ前記空気供給手段を起動する掃気ガス制御手順と、
前記掃気ガス測定手順での測定値が第二所定値を超える場合には前記空気供給手段の稼動を続行し、第二所定値以下である場合には前記空気供給手段を停止する空気制御手順と、を含む気体交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機内の気体を交換する気体交換装置、及び気体交換方法、並びに、気体交換装置を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機を冷却する気体として、冷却効果が高く風損の少ない水素ガスを使用する水素ガス冷却式発電機が知られている。水素ガス冷却式発電機は、発電中においては水素ガスが封入されているが、定期点検等の際、発電機内の水素ガスを大気圧の空気に置換したうえで内部点検される。
【０００３】
しかし、水素ガスは易燃性であるため、空気に対して所定量（通常、４％〜７５％程度）が混合されていると、爆発のおそれがある。このため、水素ガスから空気への置換作業は、充分な注意を払って行われるべきである。
【０００４】
そこで、水素ガスを空気へと置換する際には、まず、発電機内に炭酸ガスを封入して水素ガスを掃気し、更に炭酸ガスを空気に置換する、二段階の手順が行われている。しかし、このような作業は、複雑な弁操作を伴い、煩雑である。
【０００５】
そこで、次のような気体交換装置が開示されている（特許文献１参照）。この気体交換装置は、水素ガスが充填された発電機内に炭酸ガス、空気を順次供給するガス供給手段と、発電機から排出ガスを排出する排出手段と、を備える。また、気体交換装置は、水素ガス濃度及び炭酸ガス濃度を測定する測定手段を備えている。
この制御手段は、まず、測定手段で測定された水素ガス濃度が第一所定値未満となるまで、発電機内に炭酸ガスを供給し、水素ガスをｓ炭酸ガスに置換する。続いて、炭酸ガスの供給を停止した後、測定手段で測定された炭酸ガス濃度が第二所定値未満となるまで、発電機内に空気を供給し、炭酸ガスを空気に置換する。
【０００６】
以上の気体交換装置によれば、第一所定値及び第二所定値の各々を適切に設定することにより、水素ガスから炭酸ガスへの置換、及び、炭酸ガスから空気への置換が、自動的に充分に行われる。このため、発電機の水素ガスの空気への置換作業を、安全性を確保しつつ容易化できる。
【特許文献１】特開２０００−２０９８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した気体交換装置では、水素ガス濃度及び炭酸ガス濃度の双方を測定し、両測定値に基いて制御する必要がある。このため、いずれかのガス濃度を測定する機能が劣化すると全体を交換しなければならず、維持経費が嵩む。また、制御経路が複雑であるため、製造コストが上昇する。
【０００８】
そこで、本発明は、維持経費及び製造コストを低減でき、発電機内を水素ガスから空気へと安全且つ容易に置換できる気体交換装置、発電システム、及び気体交換方法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】
【０００９】
本発明は、具体的には、以下のようなものを提供する。
【００１０】
（１）  水素ガスが充填された発電機内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、前記発電機内に空気を供給する空気供給手段と、前記掃気ガス供給手段及び前記空気供給手段を制御する制御手段と、前記発電機から排出ガスを排出する排出手段と、を備え、前記発電機内の気体が、水素ガス、掃気ガス、空気へと順次交換される気体交換装置であって、
排出ガスに含有される掃気ガス濃度を測定する掃気ガス測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記掃気ガス測定手段での測定値が第一所定値未満である場合には前記掃気ガス供給手段の稼動を続行し、第一所定値以上である場合には前記掃気ガス供給手段を停止し且つ前記空気供給手段を起動する掃気ガス制御手段と、
前記掃気ガス測定手段での測定値が第二所定値を超える場合には前記空気供給手段の稼動を続行し、第二所定値以下である場合には前記空気供給手段を停止する空気制御手段と、を有する気体交換装置。
【００１１】
（１）の発明によれば、気体交換装置は、以下のように動作する。
【００１２】
まず、掃気制御手段は、掃気ガス測定手段で測定された掃気ガス濃度が第一所定値以上となるまで、掃気ガス供給手段の起動状態を続行し、発電機内に掃気ガスを供給し続ける。このとき、水素ガスは、第一所定値以上の掃気ガスに置換されており、換言すれば、全体から第一所定値を差し引いた値（第一残存率という）にまで掃気されたことになる。更に、掃気制御手段は、測定値が第一所定値以上となると、掃気ガス供給手段を停止するとともに、空気供給手段を起動する。
【００１３】
続いて、空気制御手段は、掃気ガス測定手段での測定値が第二所定値以下となるまで、空気供給手段の起動状態を続行し、発電機内に空気を供給し続ける。このとき、わずかに残存していた水素ガスは、更に掃気されることとなる。即ち、この段階における発電機内の水素濃度は、第一残存率と第二所定値との積にまで更に低減されることになる。
【００１４】
従って、第一所定値及び第二所定値を適宜設定することにより、所望の程度にまで、発電機内に残存する水素濃度が自動的に低減される。よって、発電機内を水素ガスから空気へと安全且つ容易に置換できる。
【００１５】
また、以上の制御は、掃気ガス濃度のみを測定する掃気ガス測定手段を用いて行われる。このため、交換頻度が小さくなり、維持経費を低減できるとともに、制御経路が簡素化され、製造コストを低減できる。
【００１６】
なお、「第一所定値」及び「第二所定値」は、発電機内の温度、湿度等に応じて、残存する水素濃度が、所望の安全度が得られる濃度となるように、適宜設定されてよい。
【００１７】
（２）  （１）記載の気体交換装置と、前記発電機と、を備える発電システム。
【００１８】
（２）記載の発電システムは、（１）記載の気体交換装置を備える。よって、（１）の発明と同様の効果が得られる。
【００１９】
（３）  水素ガスが充填された発電機内に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段と、前記発電機内に空気を供給する空気供給手段と、前記発電機から排出ガスを排出する排出手段と、を備える気体交換装置を用いて、前記発電機内の気体を、水素ガス、掃気ガス、空気へと順次交換する気体交換方法であって、
排出ガスに含有される掃気ガス濃度を測定する掃気ガス測定手順と、
前記掃気ガス測定手順での測定値が第一所定値未満である場合には前記掃気ガス供給手段の稼動を続行し、第一所定値以上である場合には前記掃気ガス供給手段を停止し且つ前記空気供給手段を起動する掃気ガス制御手順と、
前記掃気ガス測定手順での測定値が第二所定値を超える場合には前記空気供給手段の稼動を続行し、第二所定値以下である場合には前記空気供給手段を停止する空気制御手順と、を含む気体交換方法。
【００２０】
（３）記載の気体交換方法は、（１）記載の気体交換装置を、気体交換方法として展開したものである。よって、（３）の発明によれば、（１）の発明と同様の効果が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第一所定値及び第二所定値を適宜設定することにより、所望の程度にまで、発電機内に残存する水素濃度が自動的に低減される。よって、発電機内を水素ガスから空気へと安全且つ容易に置換できる。
また、掃気ガス供給手段及び空気供給手段の制御は、掃気ガス濃度のみを測定する掃気ガス測定手段を用いて行われる。このため、交換頻度が小さくなり、維持経費を低減できるとともに、制御経路が簡素化され、製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
＜発電システム＞
図１は、発電システム１０のブロック図である。発電システム１０は、内部に冷却用の水素ガスが充填された発電機２０と、この発電機２０内の気体を交換する気体交換装置３０と、を備える。
【００２４】
〔発電機〕
発電機２０は、本実施形態では、図示しないタービン等に接続された回転式の発電機である。発電機２０は、従来公知の発電装置が収容された筐体２１を有する。この筐体２１の上部には、水素ガス及び空気が供給、排出される上部管２１１が設けられ、筐体２１の下部には、炭酸ガスが供給、排出される下部管２１２が設けられている。
【００２５】
〔気体交換装置〕
気体交換装置３０は、水素ガス供給手段としての水素ガス供給部３１と、掃気ガス供給手段としての炭酸ガス供給部３３と、空気供給手段としての空気供給部３５と、これら水素ガス供給部３１、炭酸ガス供給部３３、及び空気供給部３５を制御する後述の制御装置４０と、筐体２１からガスを排出する排出手段としてのガス排出部３７と、後述のガス乾燥器３５６内の水素ガスを吸引する吸引部３８と、を備える。これら水素ガス供給部３１、炭酸ガス供給部３３、及び空気供給部３５は、発電機２０の筐体２１内部へと各種のガスを供給する。
【００２６】
（水素ガス供給部）
水素ガス供給部３１は、水素ガスを内部に収容する水素ボンベ３１１ａ、３１１ｂと、これら水素ボンベ３１１ａ、３１１ｂからの水素ガスを筐体２１の内部へと供給する水素ガス供給管３１２と、を備える。
【００２７】
水素ボンベ３１１ａ、３１１ｂは、各々５本ずつ並列で配置されている。各ボンベは、水素ボンベ本体３１１１ａ、３１１１ｂと、この水素ボンベ本体３１１１ａ、３１１１ｂの密閉性を調節可能な水素ボンベ元弁３１１２ａ、３１１２ｂと、を有する。
【００２８】
水素ボンベ３１１ａ、３１１ｂの各々には、各５本ずつのボンベ同士をつなぐ水素集合管３１３ａ、３１３ｂが設けられ、これら水素集合管３１３ａ、３１３ｂの途中には、ボンベ側から順に、水素集合管出口弁３１４ａ、３１４ｂ、水素一次圧力調整弁入口弁３１５ａ、３１５ｂ、水素一次圧力調整弁３１６ａ、３１６ｂ、及び、水素一次圧力調整弁出口弁３１７ａ、３１７ｂが設けられている。水素一次圧力調整弁３１６ａ、３１６ｂでは、水素ガス圧力検出管３２９ａ、３２９ｂが設けられており、この水素ガス圧力検出管３２９ａ、３２９ｂには、水素一次圧力調整弁検出弁３２９１ａ、３２９１ｂが設けられている。
【００２９】
水素一次圧力調整弁出口弁３１７ａ、３１７ｂの後、水素集合管３１３ａ、３１３ｂが合流し、水素ガス供給管３１２を形成する。この水素ガス供給管３１２の途中には、ボンベ側から順に、水素二次圧力調整弁入口弁３１８、二次圧力調整弁３１９、水素二次圧力調整弁出口弁３２１、及び水素ガス供給管閉止弁３２５が設けられている。この水素ガス供給管閉止弁３２５の後、水素ガス供給管３１２は上部管２１１へと連通し、この上部管２１１には、水素ガス供給管閉止弁３２５側から順に、第１ガスフィルタ入口弁３２６、第１ガスフィルタ３２７、及び第１ガスフィルタ出口弁３２８が設けられている。
【００３０】
水素ガス供給管３１２は、水素二次圧力調整弁入口弁３１８の前と、水素ガス供給管閉止弁３２５の後とを結ぶバイパス管３２２を有し、このバイパス管３２２には水素二次圧力調整弁バイパス弁３２２１が設けられている。また、水素ガス供給管３１２は、水素二次圧力調整弁入口弁３１８の前と、水素二次圧力調整弁出口弁３２１の後と、を結ぶ圧力検出管３２３を有し、この圧力検出管３２３には水素二次圧力調整弁検出弁３２４が設けられている。
【００３１】
（炭酸ガス供給部）
炭酸ガス供給部３３は、液化した炭酸ガスを内部に収容する炭酸ボンベ３３１ａ、３３１ｂと、これら炭酸ボンベ３３１ａ、３３１ｂからの炭酸ガスを筐体２１の内部へと供給する炭酸ガス供給管３３２と、を備える。
【００３２】
炭酸ボンベ３３１ａ、３３１ｂは、各々５本ずつ並列で配置されている。各ボンベは、炭酸ボンベ本体３３１１ａ、３３１１ｂと、この炭酸ボンベ本体３３１１ａ、３３１１ｂの密閉性を調節可能な炭酸ボンベ元弁３３１２ａ、３３１２ｂと、を有する。
【００３３】
炭酸ボンベ３３１ａ、３３１ｂの各々には、各５本ずつのボンベ同士をつなぐ炭酸集合管３３３ａ、３３３ｂが設けられ、これら炭酸集合管３３３ａ、３３３ｂの途中には、炭酸集合管出口弁３３４ａ、３３４ｂが設けられている。
【００３４】
炭酸集合管出口弁３３４ａ、３３４ｂの後、炭酸集合管３３３ａ、３３３ｂが合流し、炭酸ガス供給管３３２を形成する。この炭酸ガス供給管３３２の途中には、ボンベ側から順に、炭酸ガス減圧弁３３５、及び炭酸ガス供給管閉止弁３３６が設けられている。この炭酸ガス供給管閉止弁３３６の後、炭酸ガス供給管３３２は下部管２１２へと連通し、この下部管２１２には、炭酸ガス供給管閉止弁３３６側から順に、第２ガスフィルタ入口弁３３７、第２ガスフィルタ３３８、及び第２ガスフィルタ出口弁３３９が設けられている。
【００３５】
（空気供給部）
空気供給部３５は、外界からの空気が流れる図示しない空気配管と、この空気配管及び筐体２１の内部を連通する空気供給管３５２と、を備える。この空気供給管３５２の途中には、空気配管側から順に、ガス乾燥器ドレン弁３５３、ガス乾燥器３５６、ガス乾燥器入口弁３５４、空気閉止弁３５５が設けられている。この空気閉止弁３５５の後、空気供給管３５２は、第１ガスフィルタ入口弁３２６の前において水素ガス供給管３１２に接続される。また、空気供給管３５２には空気閉止弁３５５と並列してガス乾燥器入口管閉止弁３５９が設けられている。
【００３６】
また、空気供給部３５は、ガス乾燥器３５６及び筐体２１の内部を連通するガス乾燥器出口管３５１を更に備える。このガス乾燥器出口管３５１には、ガス乾燥器３５６側から順に、ガス乾燥器出口弁３５７、及びガス乾燥器出口管閉止弁３５８が設けられている。なお、ガス乾燥器出口管３５１は、本実施形態では、筐体２１の下部に接続されているが、特に限定されない。
【００３７】
（ガス排出部）
ガス排出部３７は、水素ガス及び空気が排出される第１排出機構と、炭酸ガスが排出される第２排出機構と、外界へと解放された放出管３７５と、を備える。
【００３８】
第１排出機構は、上部管２１１と、水素ガス供給管閉止弁３２５及び筐体２１との間における水素ガス供給管３１２と、第１排出流路３７１と、を有する。この第１排出流路３７１は、本実施形態では、水素ガス供給管閉止弁３２５の直前（筐体２１側）で分岐した流路であり、第１置換制御弁３７７の後で、後述する第２排出流路３７３に合流する。
【００３９】
第２排出機構は、下部管２１２と、炭酸ガス供給管閉止弁３３６及び筐体２１の間における炭酸ガス供給管３３２と、第２排出流路３７３と、を有する。この第２排出流路３７３は、本実施形態では、炭酸ガス供給管３３２の直前（筐体２１側）で分岐した流路であり、第２置換制御弁３７４を経て、後述する採取部４３１の手前（筐体２１側）で第１排出流路３７１に合流する。
【００４０】
第１排出流路３７１及び第２排出流路３７３が合流して、放出管３７５が形成される。放出管３７５には、後述の採取部４３１の後（外界側）に、屋外掃気弁３７６が設けられている。この屋外掃気弁３７６の開度に応じて、排出ガスの流量が変動し、発電機２０の内圧が変動する。
【００４１】
（吸引部）
吸引部３８は、ガス乾燥器３５６内の水素ガスを吸引するものであって、図示しない真空槽と、この真空槽及びガス乾燥器３５６を連通する吸引管３８１とを備える。この吸引管３８１には真空引弁３８２が設けられており、この真空引弁３８２の開閉によってガス乾燥器３５６から真空槽への水素ガスの吸引が開始・停止する。
【００４２】
通常時、筐体２１からガス乾燥器３５６にガス乾燥器入口管閉止弁３５９、空気供給管３５２、ガス乾燥器入口弁３５４を通って少量の水素ガスが導かれ、ガス乾燥器３５６内の活性アルミナに水分を吸着される。水分が除去された水素ガスはガス乾燥器出口弁３５７、ガス乾燥器出口管３５１、ガス乾燥器出口管閉止弁３５８を通って再び筐体２１へと戻る。
【００４３】
（制御装置）
図２は、制御装置４０のブロック図である。制御装置４０は、制御手段としての制御部４１と、掃気ガス測定手段としての純度計４３と、機内圧計４５と、封入圧計４７と、を備える。
【００４４】
純度計４３は、筐体２１からの排出ガスに含有される炭酸ガス濃度を測定し、制御部４１に送信する。純度計４３は、屋外掃気弁３７６の直前に位置する採取部４３１において、第１排出流路３７１から分岐する測定管４３２の途中に設けられている。この測定管４３２には、採取部４３１側から順に、置換ガス純度測定弁４３３、置換盤ニードル弁４３４、排出ガス乾燥器４３５、及び純度計４３が設けられ、これら排出ガス乾燥器４３５及び純度計４３の間には流量計４３６が設けられている。この流量計４３６は、排出ガスの一部の流量を測定し、この測定値に基いて、置換盤ニードル弁４３４の開度を調節することで、純度計４３に流れる排出ガスの流量が適切に制御される。なお、測定管４３２は、純度計４３を通った後、屋外掃気弁３７６よりも後の部分で放出管３７５に合流する。
【００４５】
機内圧計４５は、筐体２１の内圧を測定し、制御部４１に送信する。機内圧計４５は、本実施形態では、筐体２１に別途設けられた純度計からの復路が分岐した機内圧測定管４５１に設けられている。この機内圧測定管４５１には、機内圧計４５の直前に機内圧測定管閉止弁４５２が設けられており、この機内圧測定管閉止弁４５２の開閉に応じて、筐体２１からのガスが機内圧計４５へ導入されるか否かが決定する。
【００４６】
封入圧計４７は、炭酸ガス減圧弁３３５の直後に設けられており、筐体２１に供給される炭酸ガスの圧力を測定し、制御部４１に送信する。
【００４７】
制御部４１は、掃気ガス制御手段としての炭酸ガス制御部４１１と、空気制御手段としての空気制御部４１３と、機内圧制御部４１５と、封入圧制御部４１７と、を有する。
【００４８】
炭酸ガス制御部４１１は、純度計４３での測定値が第一所定値未満である場合には炭酸ガス供給部３３の稼動を続行し、第一所定値以上である場合には炭酸ガス供給部３３を停止し且つ空気供給部３５を起動する。具体的には、純度計４３での測定値が第一所定値未満であるか又は以上であるかに基いて、各弁の開度を変更し、炭酸ガスの供給を調節する。
【００４９】
第一所定値は、本実施形態においては、９０％である。第一所定値が９０％以上のとき、水素ガス濃度は１０％以下となる。
【００５０】
空気制御部４１３は、純度計４３での測定値が第二所定値を超える場合には空気供給部３５の稼動を続行し、第二所定値以下である場合には空気供給部３５を停止する。具体的には、純度計４３での測定値が第二所定値を越えるか又は未満であるかに基いて、各弁の開度を変更し、空気の供給を調節する。
【００５１】
第二所定値は、本実施形態においては、１０％である。第二所定値が１０％以下のとき、水素ガス濃度は１％以下となる。
【００５２】
機内圧制御部４１５は、機内圧計４５での測定値が所定範囲に納まるように、排出ガスの流量を調節する。具体的には、機内圧計４５の測定値が所定範囲を超える場合には、屋外掃気弁３７６の開度を増加させて筐体２１からの排出ガスの流量を増加させ、所定範囲を下回る場合には、屋外掃気弁３７６の開度を減少させて筐体２１からの排出ガスの流量を減少させる。
【００５３】
４１７は、封入圧計４７での測定値が所定範囲に納まるように、炭酸ガスの減圧の程度を調節する。具体的には、封入圧計４７での測定値が所定範囲を超える場合には、炭酸ガス減圧弁３３５の開度を減少させて炭酸ボンベ３３１からの炭酸ガスの供給量を減少させ、所定範囲を下回る場合には、炭酸ガス減圧弁３３５の開度を増加させて炭酸ボンベ３３１からの炭酸ガスの供給量を増加させる。
【００５４】
〔動作〕
筐体２１の内部の気体を水素ガスから空気へと交換する際の気体交換装置３０の動作を、図３を参照しながら説明する。
【００５５】
まず、発電機２０の発電を停止し（ＳＴ１）、ＳＴ２へと移る。
【００５６】
ＳＴ２では、発電機２０内を降圧する。ＳＴ２は、水素ガス供給部３１を停止する手順と、排出ガス乾燥器４３５内を掃気する手順と、吸引部３８を稼動させる手順と、を有する。
【００５７】
水素ガス供給部３１を停止する手順では、水素ボンベ３１１と筐体２１との間に設けられた各弁を、筐体２１側から順に、閉じる。即ち、水素二次圧力調整弁出口弁３２１、水素二次圧力調整弁入口弁３１８、水素二次圧力調整弁検出弁３２４、水素一次圧力調整弁出口弁３１７ａ又は３１７ｂ、水素一次圧力調整弁入口弁３１５ａ又は３１５ｂ、水素一次圧力調整弁検出弁３２９１ａ又は３２９１ｂ、水素集合管出口弁３１４ａ又は３１４ｂ、水素ボンベ元弁３１１２ａ又は３１１２ｂの順に、これらを全閉する。
【００５８】
排出ガス乾燥器４３５内を掃気する手順では、まず、ガス乾燥器入口弁３５４、ガス乾燥器出口弁３５７を全閉する。続いて、真空引弁３８２を全開し、排出ガス乾燥器４３５内の気体を真空槽へと所定時間吸引する。その後、真空引弁３８２を全閉する。
【００５９】
吸引部３８を稼動させる手順では、第１置換制御弁３７７を全開、屋外掃気弁３７６を所定の開度に開く。これにより、筐体２１の内部に充填されていた水素ガスは、既に開いている第１ガスフィルタ出口弁３２８、第１ガスフィルタ３２７、第１ガスフィルタ入口弁３２６を通過し、更に、第１置換制御弁３７７、屋外掃気弁３７６を経て、外界へと放出される。
【００６０】
そして、筐体２１の内圧が所定圧（例えば、０．０２ＭＰａ）となった時点で、屋外掃気弁３７６、第１置換制御弁３７７を全閉し、ＳＴ３へと移る。
【００６１】
ＳＴ３では、発電機２０内の気体を水素ガスから炭酸ガスへと置換する。このＳＴ３を、図４を参照しながら、より詳細に説明する。
【００６２】
まず、ＳＴ３１において、炭酸ガスの供給を開始する。具体的には、第１置換制御弁３７７を全開し、炭酸ボンベ元弁３３１２ａ又は３３１２ｂを全開する。続いて、炭酸ガス供給管閉止弁３３６を全開し、炭酸ガス減圧弁３３５及び屋外掃気弁３７６を所定の開度で開く。すると、炭酸ガスが筐体２１の内部に供給されるにつれて、充填されていた水素ガスが第１排出流路３７１、放出管３７５を経て、外界へと放出される。ここで、置換ガス純度測定弁４３３を全開し、置換盤ニードル弁４３４を所定開度で開くことにより、純度計４３へと流れる排出ガスの流量を１．５ｎＬ／分程度に調節する。このようにして、排出ガスに含有される炭酸ガス濃度が純度計４３で測定される。従って、この手順は、掃気ガス測定手順の一例である。
【００６３】
ＳＴ３２では、ＳＴ３１で開いた炭酸ガス減圧弁３３５及び屋外掃気弁３７６の開度を調節する。即ち、機内圧制御部４１５は、機内圧計４５の測定値が０．０４ＭＰａを超える場合には、屋外掃気弁３７６の開度を増加させて筐体２１からの排出ガスの流量を増加させ、０．０４ＭＰａを下回る場合には、屋外掃気弁３７６の開度を減少させて筐体２１からの排出ガスの流量を減少させる。また、封入圧制御部４１７は、封入圧計４７での測定値が０．２ＭＰａを超える場合には、炭酸ガス減圧弁３３５の開度を減少させて炭酸ボンベ３３１からの炭酸ガスの供給量を減少させ、０．１５ＭＰａを下回る場合には、炭酸ガス減圧弁３３５の開度を増加させて炭酸ボンベ３３１からの炭酸ガスの供給量を増加させる。
【００６４】
続いて、ＳＴ３３では、炭酸ガス制御部４１１が、純度計４３での測定値が９０％以上であるか否かを判別する。この判別が“ＮＯ”であった場合には、各弁の開閉状態を維持することで、炭酸ガス供給部３３の稼動を続行し、再びＳＴ３３を繰り返す。一方、ＳＴ３３での判別が“ＹＥＳ”であった場合には、ＳＴ３４の処理に移行する。
【００６５】
ＳＴ３４では、炭酸ガスの筐体２１内部への供給を停止する。具体的には、炭酸ガス制御部４１１が、まず、屋外掃気弁３７６、第１置換制御弁３７７、炭酸ガス供給管閉止弁３３６、炭酸ガス減圧弁３３５を順次全閉した後、炭酸集合管出口弁３３４ａ又は３３４ｂ、炭酸ボンベ元弁３３１２ａ又は３３１２ｂを順に全閉する。
【００６６】
以上でＳＴ３が終了し、ＳＴ４へと移行する。このＳＴ４を、図５を参照しながら説明する。
【００６７】
まず、ＳＴ４１において、炭酸ガス制御部４１１が空気の供給を開始する。具体的には、まず、ガス乾燥器出口弁３５７の全閉状態を確認した後、ガス乾燥器入口弁３５４及びガス乾燥器ドレン弁３５３を順次全開する。続いて、第２置換制御弁３７４を全開し、屋外掃気弁３７６を所定の開度に開く。すると、空気配管からの空気が、ガス乾燥器ドレン弁３５３、ガス乾燥器入口弁３５４、空気閉止弁３５５、第１ガスフィルタ入口弁３２６、第１ガスフィルタ３２７、第１ガスフィルタ出口弁３２８を順次通って、筐体２１の内部へと供給される。これにより、筐体２１の内部に充填されていた炭酸ガス及びわずかに残留する（１０％以下）水素ガスは、既に開いている第２ガスフィルタ出口弁３３９、第２ガスフィルタ３３８、第２ガスフィルタ入口弁３３７を経て、外界へと放出される。
【００６８】
以上のＳＴ３３、ＳＴ３４、及びＳＴ４１は、掃気ガス制御手順を構成する。
【００６９】
ＳＴ４２では、ＳＴ４１で開いた屋外掃気弁３７６の開度を調節する。即ち、機内圧制御部４１５は、機内圧計４５の測定値が０．０２ＭＰａを超える場合には、屋外掃気弁３７６の開度を増加させて筐体２１からの排出ガスの流量を増加させ、０．０２ＭＰａを下回る場合には、屋外掃気弁３７６の開度を減少させて筐体２１からの排出ガスの流量を減少させる。
【００７０】
続いて、ＳＴ４３では、空気制御部４１３が、純度計４３での測定値が１０％以下であるか否かを判別する。この判別が“ＮＯ”であった場合には、各弁の開閉状態を維持することで、空気供給部３５の稼動を続行し、再びＳＴ４３を繰り返す。一方、ＳＴ４３での判別が“ＹＥＳ”であった場合には、ＳＴ４４の処理に移行する。
【００７１】
ＳＴ４４では、空気の筐体２１内部への供給を停止する。具体的には、空気制御部４１３が、まず、ガス乾燥器ドレン弁３５３、ガス乾燥器入口弁３５４、第２置換制御弁３７４、及び屋外掃気弁３７６を全閉する。続いて、置換ガス純度測定弁４３３及び置換盤ニードル弁４３４を全閉することで、ＳＴ４が終了する。
【００７２】
以上のＳＴ４３及びＳＴ４４は、空気制御手順を構成する。
【００７３】
本実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。
【００７４】
第一所定値を９０％に、第二所定値を１０％にそれぞれ設定することにより、１％以下という爆発限界以下の程度にまで、発電機２０内に残存する水素濃度が自動的に低減される。よって、発電機２０内を水素ガスから空気へと安全且つ容易に置換できる。
【００７５】
また、炭酸ガス供給部３３及び空気供給部３５の制御は、炭酸ガス濃度のみを測定する純度計４３を用いて行われる。このため、交換頻度が小さくなり、維持経費を低減できるとともに、制御経路が簡素化され、製造コストを低減できる。
【００７６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電システムのブロック図である。
【図２】前記実施形態に係る気体交換装置を構成する制御手段のブロック図である。
【図３】前記実施形態に係る気体交換装置のメインフローチャートである。
【図４】前記実施形態に係る気体交換装置のサブフローチャートである。
【図５】前記実施形態に係る気体交換装置のサブフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１０  発電システム
２０  発電機
３０  気体交換装置
３３  炭酸ガス供給部（掃気ガス供給手段）
３５  空気供給部（空気供給手段）
４１  制御部（制御手段）
４３  純度計（掃気ガス測定手段）
４１１  炭酸ガス制御部（掃気ガス制御手段）
４１３  空気制御部（空気制御手段）
【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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