JP2000274938A - ガス回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境対応型のガス絶縁機器に充填される混合
ガスを回収し、このガスからＳＦ６ガスを効率良く且つ
安全に分離、液化するコンパクトなガス回収装置を提供
する。 【解決手段】 絶縁機器１には加圧タンク３が接続され
ており、この加圧タンクには液化されたＳＦ６液を保管
するＳＦ６液タンク６が接続されている。また、加圧タ
ンク３を冷却するための冷凍機４が設置されている。冷
凍機４が加圧タンク３内の混合ガスを冷却するため、低
い圧力でＦ６ガスの液化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁媒体として窒
素ガスにＳＦ６ガスを少量添加した混合ガスを充填した
環境対応型のガス絶縁機器に用いられる装置であり、ガ
ス絶縁機器から混合ガスを回収してＳＦ６ガスを液化
し、窒素ガスと分離させるガス回収装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、変電所には系統切換えや保守
点検を行うために遮断器や断路器等の開閉機器が設置さ
れている。これら機器のうち特に大形のものには、内部
にＳＦ６ガスが充填されたガス絶縁機器が採用されてい
る。ＳＦ６ガスは絶縁性能と消弧性能に優れており、化
学的にも安定で無害な気体であるため、開閉機器の絶縁
媒体として広く用いられている。

【０００３】しかし、地球環境の保護が重視される近
年、ＳＦ６ガスは温室効果が高く、分解までの寿命も長
いため、排出規制対象に指定された。そこで、ガス絶縁
機器の試験後のガス抜きや現地での内部点検時には、Ｓ
Ｆ６ガスを外部に排出しないようにガス絶縁機器から回
収する必要がある。

【０００４】図７の概念図はガス回収技術の従来例を示
している。すなわち、混合ガス方式のガス絶縁機器１に
はコンプレッサ２を介してガス回収装置８が連結されて
おり、コンプレッサ２によりガス絶縁機器１からガス回
収装置８にＳＦ６ガスが回収されるようになっている。
なお、ガス絶縁機器１の中身、アーク等によりＳＦ６の
分解ガスが発生した時に必要な吸着材や各種フィルタ、
それに真空ポンプ等は図７では省略している。

【０００５】ＳＦ６ガスを回収する場合、ガスのまま別
のタンクに回収、保管することも考えられるが、大量の
ガスを気体の状態のままで保管するには、大型タンクが
不可欠であり、体積を小さくするために高い圧力の状態
で保管しなくてはならず、安全面での問題も生じ易い。
そこで、回収用のタンクが小形で済むように、ＳＦ６ガ
スを加圧して液化し、ＳＦ６液としてタンクに回収、保
管するのが普通である。これは、ＳＦ６ガスの純度が高
ければ、室温下でも比較的低圧で液化することができる
ためである。

【０００６】ところで、長期にわたる地球環境を考えた
場合、今後更にＳＦ６ガスの排出量を削減する必要があ
るが、そのためには、排出の要因にもなる全体の使用量
自体を低減させることが望ましい。具体的には、機器の
小型化や他のガスへの変換等が提案されているが、中で
も、実現性の可能性の高い対策として窒素ガスを母体と
しこれにＳＦ６ガスを少量添加した混合ガスの使用が削
減に有効であると考えられている。

【０００７】ＳＦ６ガスと窒素ガスの特性は大幅に異な
っており、ＳＦ６ガスの液化する条件では、窒素はガス
として存在し、２つのガスが同時に液化することはな
い。そのため、混合ガス中のＳＦ６ガスだけを液化し、
窒素ガスと分離させることが可能である。表１に両者の
特性値を示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現行の
純ＳＦ６ガスが比較的低圧力で液化できることに比べ
て、ＳＦ６ガスを低い割合で添加している混合ガスは、
液化に高圧力が必要となる。例えば、下記の表２に示す
ように、純ＳＦ６ガスを室温（２０℃）下で液化する場
合の圧力は約２Ｍｐａであるが、同じ室温（２０℃）条
件下で、５０ｖｏｌ％のＳＦ６ガスだと液化圧力が約４
Ｍｐａ、さらに１０ｖｏｌ％のＳＦ６ガスを液化する場
合には、約２０Ｍｐａ以上の非常に大きな圧力が必要で
あり、加圧装置が大型化するだけではなく、実際上、液
化が困難であった。

【００１０】

【表２】 このように、混合ガスを充填したガス絶縁機器では、高
圧力にしないと、混合ガスが液化しないといった問題が
あり、加圧装置の大型化や液化圧力の増大を招いてい
た。また、ＳＦ６ガスを液化した後の窒素ガス中に少量
のＳＦ６ガスが残留することが知られており、地球環境
の保護を実現するために、この残留ＳＦ６ガスも回収す
ることが期待されている。そこで従来より、混合ガスを
充填したガス絶縁機器から安全且つ徹底的にＳＦ６ガス
を回収するコンパクトなガス回収装置が待たれていた。

【００１１】本発明は以上の状況を鑑みて提案されたも
のであり、その主たる目的は、環境対応型のガス絶縁機
器に充填される混合ガスを回収し、このガスからＳＦ６
ガスを効率良く且つ安全に分離、液化するコンパクトな
ガス回収装置を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、ＳＦ６ガスを液化し
た後の窒素ガス中に残るＳＦ６ガスをも回収可能なガス
回収装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の目的を達
成するために、混合ガス方式のガス絶縁機器から混合ガ
スを回収してこれを加圧し混合ガス中のＳＦ６ガスを液
化して窒素ガスと分離させる加圧タンクと、この加圧タ
ンクにて液化されたＳＦ６液を保管するＳＦ６液タンク
とを有するガス回収装置において、次のような特徴を備
えている。

【００１４】請求項１の発明は、加圧タンク内の混合ガ
スを冷却する冷却手段を設けたことを構成上の特徴とし
ている。このような請求項１の発明では、ガス絶縁機器
からの混合ガスを加圧タンク内に溜めて加圧すると同時
に、冷却手段が加圧タンク内の混合ガスの温度を低下さ
せる。物理的に当然であるが、温度を下げればＳＦ６ガ
スの液化圧力は低くて済み、混合ガス加圧時の安全性が
向上すると共に、加圧タンクの小形簡略化を進めること
ができる。

【００１５】請求項２の発明の特徴は、請求項１記載の
ガス回収装置において、冷却手段を冷凍機から構成した
点にある。すなわち請求項２の発明では、一般的な冷凍
機を冷却手段として用いることによって、簡単に冷却手
段を設置することができる。

【００１６】これに対して請求項３の発明では、請求項
１記載のガス回収装置において、冷却手段の冷媒に直
接、液体窒素を用いた点に特徴がある。つまり請求項３
の発明においては、液体窒素の注入量を制御することに
より、加圧タンク内の混合ガスの温度を調整することが
できる。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１、２または３
記載のガス回収装置において、ＳＦ６ガスが固化するま
で混合ガスを冷却し、分離させた窒素ガスを抜き取った
後、固化したＳＦ６ガスを液化するように構成したこと
を特徴としている。

【００１８】冷却手段により加圧タンク内の混合ガスの
温度を低下させる場合、低温であるほどＳＦ６ガスの蒸
気圧が低下するので、加圧タンク内の混合ガス温度は低
い方が、窒素ガスに残留するＳＦ６ガス量が低下する点
で望ましい。しかし、加圧タンク内にて液化されたＳＦ
６液を過剰に冷却すると、液体から固体に変化すること
になる。特に、冷媒として液体窒素を使用した場合、液
体窒素の温度は約−２００℃と非常に低温なので過度に
冷却される可能性が大きい。ＳＦ６が一時的に固化する
ことは問題ないが、加圧タンクから取り出す時点まで固
体のままだと、ＳＦ６液タンクに流れていかないので、
最終的には液体の状態に戻す必要がある。

【００１９】そこで、請求項４の発明では、まずＳＦ６
ガスが固化するまで混合ガスを冷却し、ＳＦ６ガスの蒸
気圧を低下させ、分離する窒素ガス中に含まれるＳＦ６
ガス量を極限まで下げる。そして、ＳＦ６ガスをほとん
ど含まない窒素ガスを加圧タンクから抜き取った後、固
化したＳＦ６ガスを液化し、容易に保管することができ
る。このような請求項４の発明によれば、混合ガスから
のＳＦ６ガスの回収率が高くなり、しかも高純度の窒素
ガスを放出するだけなので、環境調和性に優れている。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１、２、３また
は４記載のガス回収装置において、冷却手段から加圧タ
ンクに冷媒を流す冷却パイプを設置し、この冷却パイプ
及び加圧タンクに断熱材を取付けたことを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１、２、３、４
または５記載のガス回収装置において、加圧タンクを多
段に装備し、後段の加圧タンクを冷却する冷媒の廃熱を
前段の加圧タンクの予備冷却を用いるように構成したこ
とを特徴とする。

【００２２】以上のような請求項５、６の発明の作用効
果は、冷却効率を高めた点にある。そのため、ＳＦ６ガ
スの液化時間を短縮でき、且つ冷却手段の出力（具体的
には冷凍機の消費電力や液体窒素の使用量）を節約する
ことができる。

【００２３】請求項７の発明は、加圧タンクにて分離さ
れた窒素ガスを取込み、窒素ガス中に含まれる少量のＳ
Ｆ６ガスを回収する圧力スイング吸着装置を設けたこと
を特徴とする。

【００２４】このような請求項７の発明によれば、圧力
スイング吸着装置が分離された窒素ガス中に残るＳＦ６
ガスまでも回収することができる。したがって、極めて
高いＳＦ６ガス回収率を達成でき、且つＳＦ６ガスの残
留する窒素ガスを外部に放出しないので優れた環境調和
性を発揮することができる。

【００２５】請求項８の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６または７記載のガス回収装置において、ガス
絶縁機器と加圧タンクとの間に、冷媒として加圧タンク
から分離された窒素ガスを取込み、ガス絶縁機器から流
れる混合ガスを冷却する熱交換器を設置したことを特徴
とする。

【００２６】請求項９の発明は、請求項８記載のガス回
収装置において、熱交換器と加圧タンクとの間に、熱交
換器から流れる混合ガスの一部を断熱膨張させる膨張器
と、冷媒として膨張器にて断熱膨張させた混合ガスを取
込み、前記熱交換器から流れる混合ガスを冷却する第２
の熱交換器とを設置したことを特徴とする。

【００２７】以上の請求項８、９の発明においては、加
圧タンクにて分離された窒素ガスは十分に低温であるた
め、これを冷媒として熱交換器に取込み、熱交換器によ
ってガス絶縁機器から加圧タンクに流れる混合ガスを冷
却することができる。これにより、ＳＦ６ガスの液化の
熱効率を向上させることができる。

【００２８】しかも、請求項９の発明では、熱交換器に
て冷却された混合ガスの一部を膨張器に取込んで断熱膨
張させ、さらに、これを冷媒として前記熱交換器の下流
の第２の熱交換器に取込み、この第２の熱交換器によっ
てさらに混合ガスを冷却することができる。したがっ
て、ＳＦ６ガスの液化の熱効率をよりいっそう向上させ
ることができる。

【００２９】請求項１０の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６、７、８または９記載のガス回収装置におい
て、加圧タンクに放熱用のフィンを取付けたことを特徴
とする。この請求項１０では、フィンが加圧タンクを放
熱させるので、加圧タンクの温度が低くなり、ＳＦ６ガ
スの液化圧力を低減させることができる。

【００３０】請求項１１の発明は、請求項１、２、３、
４、５、６、７、８、９または１０記載のガス回収装置
において、加圧タンクにて分離された窒素ガス中に含ま
れるＳＦ６ガスを検知するＳＦ６ガス検知器を設けたこ
とを特徴とする。

【００３１】請求項１１の発明においては、ＳＦ６ガス
検知器が分離された窒素ガス中のＳＦ６ガスを検知する
ため、精緻な装置制御が可能であり、ＳＦ６ガス回収率
の向上に寄与することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】（１）第１の実施の形態 ［構成］以下、本発明の実施の形態の一例について図面
を参照して具体的に説明する。第１の実施の形態は、請
求項１及び２を包含するもので、図１に示すコンプレッ
サ２、加圧タンク３、冷凍機４及び制御盤５を主要構成
要素としている。混合ガス方式のガス絶縁機器１には配
管７が接続され、この配管７を介して加圧タンク３が接
続されている。配管７にはガス絶縁機器１から加圧タン
ク３に混合ガスを送るコンプレッサ２が設置されてい
る。また、ガス絶縁機器１の混合ガスの出口付近にはバ
ルブＢ１が設置されている。

【００３３】加圧タンク３はガス絶縁機器１から混合ガ
スを回収してこれを加圧し混合ガス中のＳＦ６ガスを液
化して窒素ガスと分離させるように構成されている。加
圧タンク３には液化されたＳＦ６液を保管するＳＦ６液
タンク６が接続されている。また、加圧タンク３には窒
素ガスを加圧タンク３から放出するためのバルブＢ２
と、ＳＦ６液をＳＦ６液タンク６に送液するためのバル
ブＢ３とが設置されている。さらに、ＳＦ６液タンク６
にはＳＦ６液を排出するためのバルブＢ４が設置されて
いる。

【００３４】さらに、加圧タンク３内の混合ガスを冷却
する冷却手段として冷凍機４が設けられている。冷凍機
４には冷媒が流れる冷却パイプ４ａが接続されており、
この冷却パイプ４ａは加圧タンク３の外周部に巻かれて
設置されている。また、コンプレッサ２、加圧タンク
３、冷凍機４及びバルブＢ１〜Ｂ４には制御盤５が接続
されている（制御の関係に関しては破線で示す。これら
の制御は手動で管理しても良い）。制御盤５はコンプレ
ッサ２や冷凍機４の出力を制御して加圧タンク３の温度
を管理すると共に、バルブＢ１〜Ｂ４の開閉を制御する
ように構成されている。なお、図１では前記図７と同じ
く、ＳＦ６の分解ガスが発生した時に必要な吸着材や各
種フィルタ、それに真空ポンプ等は省略した。

【００３５】［作用効果］以上の構成を有する第１の実
施の形態では、次のようにして混合ガスの回収及びＳＦ
６ガスの分離を実施する。まず、Ｂ１のバルブを開と
し、その他のＢ２，Ｂ３，Ｂ４のバルブを閉とする。こ
の状態でンプレッサ２により、ガス絶縁機器１内の混合
ガスを加圧タンク３に流していき、加圧タンク３内で混
合ガスを加圧する。同時に冷凍機４から冷媒が冷却パイ
プ４ａを通って加圧タンク３の外周部に導かれ、加圧タ
ンク３を冷却する。ここで、温度を−２０℃に低下させ
た場合のＳＦ６ガスの液化圧力のデータを表３に示す。

【００３６】

【表３】 この表３に示すように、−２０℃の条件下では、５０ｖ
ｏｌ％のＳＦ６ガスを液化するには約１．３Ｍｐａ、１
０ｖｏｌ％のＳＦ６ガスを液化する場合でも、約７Ｍｐ
ａで済む。さらに混合ガスを−３５℃まで冷却すれば、
液化圧力は約４Ｍｐａまでに低減でき、−５０℃程度ま
で下げれば、純ＳＦ６ガスの場合と同程度の加圧圧力で
ＳＦ６ガスを液化することができ、現行能力の加圧タン
ク装置が適用可能となる。

【００３７】ＳＦ６ガスを液化した後、バルブＢ３を開
として、これをＳＦ６液タンク６に送り込み保管する。
ＳＦ６液が加圧タンク３内に無くなった時点でバルブＢ
２を開き、窒素ガスを放出する。再度、ＳＦ６ガスを使
用する場合は、Ｂ４を開として、ＳＦ６液をＳＦ６ガス
をガス化した後で使用に供する。

【００３８】以上のように、第１の実施の形態によれ
ば、加圧タンク３内の混合ガスを加圧すると同時に、冷
凍機４が混合ガスを冷やすことでＳＦ６ガス液化圧力を
低減させることができる。この液化圧力を低減は、前述
の表２に示したように２０℃での１０ｖｏｌ％ＳＦ６ガ
スの液化圧力が約２０Ｍｐａ以上であったことに比べる
と、実用上、極めて有効である。すなわち、コンプレッ
サー２はより小型のものが使用でき、何より加圧タンク
３の圧力容器の強度設計が楽になり、装置として小形簡
略化を図れると同時に、混合ガス加圧時の安全性が向上
する。また、低温ほどＳＦ６の蒸気圧が低下するので、
窒素ガス中に含まれるＳＦ６ガス量が少なくなり、ＳＦ
６ガスの回収率も高くなる。

【００３９】（２）第２の実施の形態 ［構成］第２の実施の形態は、請求項３、４、５を包含
するもので、冷却手段として上記冷凍機３を使用するの
ではなく、液体窒素を直接冷媒に使用したことを特徴と
している。また、第２の実施の形態は、加圧タンク３の
ガス温度の管理にも特徴があり、ＳＦ６ガスが固化する
まで混合ガスを冷却し、分離させた窒素ガスを抜き取っ
た後、固化したＳＦ６ガスを液化するようになってい
る。

【００４０】以下、第２の実施の形態の要部について図
２を参照して具体的に説明する。ここでは、第１の実施
の形態と異なる部分だけを抜き出して説明する。機能が
同じ部分は、同じ番号を用いて説明する。図２に示すよ
うに、液体窒素容器１３（大形のまほう瓶で、一般にク
ライオデュアと言われている）が設けられ、ここに加圧
タンク３が収納されている。加圧タンク３と液体窒素容
器１３との間に液体窒素８の溜め部１３ａが形成されて
いる。液体窒素容器１３に近接して液体窒素タンク１４
が設置されており、両者には液体窒素の送液パイプ１４
ａが接続されている。送液パイプ１４にはバルブＢ５が
設けられており、このバルブＢ５の開閉で液体窒素の注
入量を制御し、加圧タンク３内のガス温度を調整するよ
うになっている。

【００４１】なお、冷却効率改善のため、加圧タンク３
や液体窒素容器１３、さらには送液パイプ１４ａの外周
部には断熱処理が施されている。特に、加圧タンク３や
送液パイプ１４ａは高度の断熱が必要とされるため、一
般にＳＵＳ製の真空二重層の構造になっている。また、
液体窒素容器１３外周部の断熱構造も真空二重層の構造
の方が熱効率の点から望ましいが、発泡材等からなる断
熱材を取付けても良い。

【００４２】［作用効果］以上の構成を有する第２の実
施の形態では、バルブＢ５を開き、液体窒素タンク１４
から液体窒素８を送液パイプ１４ａによって液体窒素容
器１３の溜め部１３ａに導き、加圧タンク３を冷却す
る。したがって、前記第１の実施の形態と同様、加圧タ
ンク３内のＳＦ６ガス液化圧力を低減させることができ
る。

【００４３】また、加圧タンク３内の温度は低温である
ほどＳＦ６の蒸気圧が低下するので、窒素ガスに残留す
るＳＦ６ガス量が低下し、望ましいと言える。第２の実
施の形態ではＳＦ６ガスが固化するまで混合ガスを冷却
し、ＳＦ６ガスの蒸気圧を低下させ、分離する窒素ガス
中に含まれるＳＦ６ガス量を極限まで下げることができ
る。したがって、混合ガスからのＳＦ６ガスの回収率が
高くなり、しかも放出される窒素ガスのＳＦ６ガス含有
率が極めて低くなり、環境調和性に優れている。そし
て、ＳＦ６ガスをほとんど含まない窒素ガスを加圧タン
ク３から抜き取った後で、加圧タンク３内の温度を上
げ、固化したＳＦ６ガスを液化し、ＳＦ６液タンク６に
確実に回収することができる。

【００４４】（３）第３の実施の形態 ［構成］第３の実施の形態は、請求項７に対応するもの
であり、ＳＦ６ガス液化後の窒素ガス放出バルブＢ２か
ら先の改善に関する。ＳＦ６ガスの大部分は既に液化回
収されているが、ＳＦ６ガスの蒸気圧分に相当するＳＦ
６ガスが窒素ガス中に存在する。したがって厳密には、
このまま窒素ガスを大気開放すると少量のＳＦ６ガスが
同時に放出されることになる。

【００４５】そこで、第３の実施の形態においては、図
３に示すように、加圧タンク３にて分離された窒素ガス
を取込む圧力スイング吸着装置１５ａ，１５ｂが設けら
れており、この装置１５ａ，１５ｂにより窒素ガス中に
含まれる少量のＳＦ６ガスを回収するようになってい
る。

【００４６】また、圧力スイング吸着装置１５ａ，１５
ｂの上部及びと加圧タンク３にはバイパス回路２２が接
続されている。さらに、圧力スイング吸着装置１５ａ，
１５ｂの下部には窒素ガスを充填した窒素タンク１７が
接続されている。なお、図中のＢ１１〜Ｂ１８はバルブ
を示している。各圧力スイング吸着装置１５ａ，１５ｂ
には吸着材１６ａ，１６ｂが充填されている。吸着剤１
６ａ，１６ｂは合成ゼオライトからなり、ＳＦ６ガスと
の親和性が低く、窒素ガスだけを吸着するようになって
いる。

【００４７】吸着剤１６ａ，１６ｂについて詳しく説明
する。ゼオライトは含水アルミノケイ酸塩鉱物群の総称
で、一般式MeO・Al2O3・mSiO2・nH2Oで示される。結晶構造
中に金属陽イオンを包蔵し、これが極性基を静電気的に
引き付けたり、分極性分子を分極して引き付ける作用を
示し吸着するもので中性分子の吸着に有利である。ま
た、合成ゼオライトは、その表面に均一な細孔を有し、
この細孔よりも小さい分子のみが孔路を通って空洞の内
部に吸着されるので、優れた選択吸着性（分子篩効果）
を発揮することができる。

【００４８】ＳＦ６ガス及び窒素ガスの分子の大きさ
は、ＳＦ６の分子ではＤＳ5.49オングストローム〜ＤＬ
6.06オングストローム、Ｎ２分子ではＤＳ3.1 オングス
トローム〜ＤＬ4.2 オングストロームである（分子は、
球形ではないため、ＤＳは分子の短い方の大きさで、Ｄ
Ｌは分子の長い方の大きさを示している）。

【００４９】したがって、吸着剤１６ａ，１６ｂとして
は５オングストローム程度の細孔を有する合成ゼオライ
ト、望ましくは３．８〜４オングストロームのものを使
用すれば、ＳＦ６ガスは表面にある細孔を通れず内部に
は入って行かないため吸着されず、窒素ガスだけが選択
的に吸着されることになる。また、窒素親和性が高い合
成ゼオライトも開発されており、これらを用いることで
更に効率よくＳＦ６ガスと窒素ガスとを分離することが
可能となる。なお、親和性の調整は一般には、ゼオライ
トのを構成する陽元素の種類（一般式MeO・Al2O3・mSiO2・
nH2OのMeの元素の種類）を変えること等で可能である。

【００５０】［作用効果］以上のような構成を有する第
３の実施の形態では、まず、バルブＢ１１，Ｂ１２，Ｂ
１３ａ，Ｂ１４ａ，Ｂ１５ａを開とし、ＳＦ６ガスを液
化回収した後のＳＦ６ガスを微量に含む窒素ガスを加圧
タンク３から圧力スイング吸着装置１５ａに流し込む。
圧力スイング吸着装置１５ａでガスはその構成成分に分
離されていく。吸着剤１６ａはＳＦ６ガスとの親和性が
低いため、ここには窒素ガスだけが吸着されていく。そ
のため、ＳＦ６ガスは流路に沿って流れ、分離されてい
き、最終的に装置１５ａの上部ではＳＦ６ガスだけが流
れる状態となる。このＳＦ６ガスを主体としたガスは、
バイパス回路２２を通って再び加圧タンク３に流入す
る。

【００５１】吸着剤１６ａの窒素ガスの吸着量に限度が
あるため、所定の時間経過後（吸着の効力がまだ残って
いる段階）でバルブＢ１２を閉とし、バルブＢ１８を開
として窒素タンク１７から窒素ガスをキャリアガスとし
て流す。この窒素ガスで押し出すようにして圧力スイン
グ吸着装置１５ａ内に残っている窒素ガスとＳＦ６ガス
を装置１５ａ上部の下流側に運ぶ。バルブＢ１５に純粋
な窒素ガスが流れ始めた時点で、圧力スイング吸着装置
１５ａ側のバルブであるＢ１３ａ，Ｂ１８，Ｂ１４ａ，
Ｂ１５ａを閉とする。

【００５２】次いで、圧力スイング吸着装置１５ｂ側の
バルブ１３ｂ，Ｂ１４ｂ，Ｂ１５ｂを開として再度、加
圧タンク装置３内のＳＦ６ガスを少量含む窒素ガスを送
り出す。この間、分離槽圧力スイング吸着装置１５ａは
再生期間となる。圧力スイング吸着方式は、その名のよ
うに吸着剤１６ａの吸着量がガス圧力に比例することを
基本原則にしているので、再生するには逆に圧力を低下
して吸着している窒素ガスを放出すればよい。

【００５３】すなわち、先に説明したように吸着工程で
は圧力が高いため（通常４〜５気圧程度）、多量の窒素
ガスを吸着できる。Ｂ１６ａを開として圧力を低下させ
ると、吸着剤１６ａは吸着している吸着ガスの一部を吐
き出し、再生されることになる。その後、再度ガス圧が
上昇した場合、吐き出した量と同じ量だけ窒素ガスを吸
収することができる。

【００５４】第３の実施の形態においては二つの圧力ス
イング吸着装置１５ａ，１５ｂを交互に使用すること
で、吸着、再生を繰り返し、劣化がほとんど無いため、
原理的には吸着剤１６ａ，１６ｂを交換することなく半
永久的にガスの分離が可能である。

【００５５】なお、減圧再生時の段階で装置１５ａから
放出される窒素ガスは、キャリアガス源として活用で
き、また、混合ガス源としても再利用できるので、窒素
タンク１７に貯蔵しておいても良い。但し、窒素タンク
１７は、システム上必ずしも必要なものでは無いので、
必要に応じてバルブＢ１８に窒素ガスボンベ等をつなぐ
などして装置の単純化を測ることも可能である。この場
合は、減圧再生時に放出される窒素ガスは大気に開放す
る。

【００５６】以上述べたように、第３の実施の形態によ
れば、ＳＦ６ガスと窒素ガスの混合ガスからＳＦ６ガス
を液化回収すると同時に、分離された窒素ガス中に残る
ＳＦ６ガスまでも、圧力スイング吸着装置１５ａ，１５
ｂの吸着剤１６ａ，１６ｂの作用でトラップされ、これ
を回収することができる。したがって、極めて高いＳＦ
６ガス回収率を達成でき、且つ僅かなＳＦ６ガスさえ外
部に放出しないので優れた環境調和性を発揮することが
できる。

【００５７】（４）第４の実施の形態 ［構成］第４の実施の形態は、圧力スイング吸着装置を
用いた点では上述の第３の実施の形態と同じであるが、
その構造が異なっている。すなわち、図４に示すよう
に、圧力スイング吸着装置１５ｃには１０オングストロ
ーム程度の細孔を有する吸着剤１６ｃが充填されてい
る。

【００５８】このタイプの吸着剤１６ｃは、分子径から
見るとＳＦ６ガスも窒素ガスも吸着する能力を有する
が、吸着順位で言えば、ＳＦ６ガスの方が窒素ガスより
大きいので、時間経過と共に吸着物質の交換が起こり、
前記第３の実施の形態の場合とは逆にＳＦ６ガスが優先
的に吸着されることになる。また、圧力スイング吸着装
置１５ｃにはここを通過した純度の高い窒素ガスを取込
む窒素ガスタンク１５ｄが接続されている。なお、Ｂ１
９〜Ｂ２２はバルブを示している。

【００５９】［作用効果］以上のような構成を有する第
４の実施の形態では、バルブＢ１１，Ｂ１９を開けて少
量のＳＦ６ガスを含む窒素ガスを圧力スイング吸着装置
１５ｃに封じ込めた場合、ＳＦ６ガスは吸着剤１６ｃに
トラップされていく。このとき、圧力スイング吸着装置
１５ｃと窒素ガスタンク１５ｄ間のバルブＢ２１は開け
ておく。そして、装置１５ｃのガス相にＳＦ６ガスが検
知されなくなった時点で、バルブＢ２１を閉とし、バル
ブＢ２０を開いて装置１５ｃから吸着剤１６ｃにトラッ
プされたＳＦ６ガスを加圧タンク３に戻し、窒素ガスタ
ンク１５ｄに取込んだ高純度の窒素ガスは大気に放出す
る。このような第４の実施の形態によっても、第３の実
施の形態と同様に、ＳＦ６ガス回収率を高めることがで
きる。

【００６０】（５）他の実施の形態 なお、本発明は以上のような実施の形態に限定されるも
のではなく、例えば、加圧タンク３あるいは液体窒素容
器１３を多段に装備し、後段の加圧タンク３を冷却する
冷媒の廃熱を前段の加圧タンク３の予備冷却を用いたり
（請求項６の発明に対応）、加圧タンク３に放熱用フィ
ンを取付けても良い（請求項１０の発明に対応）。この
ような構成を持つ実施の形態によれば、加圧タンク３の
冷却効率を高めることができ、ＳＦ６ガスの液化時間を
短縮し、冷凍機の消費電力もしくは液体窒素の使用量を
節約して、省エネルギーに効果がある。また、冷媒が流
れるる冷却パイプ４ａの設置箇所も加圧タンク３の外周
部に限らず、内部に導いてパイプ４ａから直接混合ガス
を冷却れば、冷却効率が更に良くなる。

【００６１】さらに、請求項１１の発明に対応するもの
として、分離された窒素ガス中に含まれるＳＦ６ガスを
検知するＳＦ６ガス検知器を設けても良く、精緻な装置
制御を実現し、ＳＦ６ガス回収率がいっそう向上する。

【００６２】また、請求項８に対応する実施の形態を図
５に示す。この実施の形態では、ガス絶縁機器１と加圧
タンク３との間に熱交換器１８ａが設置されたことを特
徴としている。熱交換器１８ａは、冷媒として加圧タン
ク３から分離された窒素ガスを取込むようになってい
る。このような実施の形態によれば、熱交換器１８ａに
より加圧タンク３に入る前の混合ガスを冷却すること
で、液化の熱効率をさらに高めることができる。

【００６３】さらに、請求項９に対応する実施の形態と
して、図６に示すように、ガス絶縁機器１と加圧タンク
３との間に２台の熱交換器１８ａ，１８ｂを設けても良
い。すなわち、熱交換器１８ａと加圧タンク３との間に
膨張器１９を設置し、ここで熱交換器１８ａから流れる
混合ガスの一部を断熱膨張させる。また、第２の交換器
１８ｂには冷媒として膨張器１９にて断熱膨張させた混
合ガスを取込み、上流側である熱交換器１８ａから流れ
る混合ガスを冷却するようになっている。

【００６４】以上の実施の形態によれば、ＳＦ６ガスの
液化の熱効率をよりいっそう向上させることができる。
なお、上記実施の形態において、加圧タンク３を用いる
のではなく、第２の交換器１８ｂにて冷却された混合ガ
スを膨脹弁にて自由膨脹させ、液化器にて液化させると
いった構成を取ることも可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス回収
装置によれば、加圧タンク内の混合ガスを冷却する冷却
手段を設けるといった極めて簡単な構成より、低い圧力
で混合ガススからＳＦ６ガスを効率良く分離、液化する
ことができ、安全性の向上とコンパクト化を図ることが
できた。また、圧力スイング吸着装置によりＳＦ６ガス
を液化回収後の窒素ガスに含まれるＳＦ６ガスも分離で
き、極めて高いＳＦ６ガス回収率を達成することがで
き、ＳＦ６ガスを大気に放出しないため、優れた環境調
和性を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の要部構成図。

【図３】本発明の第３の実施の形態の構成図。

【図４】本発明の第４の実施の形態の構成図。

【図５】本発明の他の実施の形態の構成図。

【図６】本発明の他の実施の形態の構成図。

【図７】従来のガス回収装置の概念図。

【符号の説明】

１…ガス絶縁機器 ２…コンプレッサ ３…加圧タンク ４…冷凍機 ４ａ…冷却パイプ ５…制御盤 ６…ＳＦ６液タンク ７…配管 ８…液体窒素 １３…液体窒素容器 １３ａ…液体窒素の溜め部 １４…液体窒素タンク １４ａ…液体窒素用の送液パイプ １５ａ，１５ｂ，１５ｃ…圧力スイング吸着装置 １５ｄ…窒素ガスタンク １６ａ，１６ｂ，１６ｃ…吸着剤 １７…窒素タンク １８ａ…熱交換器 １８ｂ…第２の熱交換器 １９…膨張器

フロントページの続き (72)発明者 新海 健 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 山本 浩義 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 佐藤 雄三 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Ｆターム(参考） 4D012 CA20 CB16 CD07 CG01 CH02 CJ06 CK01 CK04 4D047 AA07 AB00 AB02 BB04 CA06 CA09 5G017 DD07

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁媒体として窒素ガスとＳＦ６ガスと
   を混合した混合ガスを充填した混合ガス方式のガス絶縁
   機器に用いられる装置であって、ガス絶縁機器から混合
   ガスを回収してこれを加圧し混合ガス中のＳＦ６ガスを
   液化して窒素ガスと分離させる加圧タンクと、この加圧
   タンクにて液化されたＳＦ６液を保管するＳＦ６液タン
   クとが備えられたガス回収装置において、 前記加圧タンク内の混合ガスを冷却する冷却手段が設け
   られたことを特徴とするガス回収装置。
2. 【請求項２】 前記冷却手段が冷凍機から構成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載のガス回収装置。
3. 【請求項３】 前記冷却手段の冷媒が液体窒素から構成
   されたことを特徴とする請求項１記載のガス回収装置。
4. 【請求項４】 前記ＳＦ６ガスが固化するまで前記混合
   ガスを冷却し、分離させた前記窒素ガスを抜き取った
   後、固化したＳＦ６ガスを液化するように構成されたこ
   とを特徴とする請求項１、２または３記載のガス回収装
   置。
5. 【請求項５】 前記冷却手段から前記加圧タンクに冷媒
   を流す冷却パイプが設置され、 この冷却パイプ及び前記加圧タンクには断熱材が取付け
   られたことを特徴とする請求項１、２、３または４記載
   のガス回収装置。
6. 【請求項６】 前記加圧タンクが多段に装備され、 後段の加圧タンクを冷却する冷媒の廃熱を用いて前段の
   加圧タンクの予備冷却を行うように構成されたことを特
   徴とする請求項１、２、３、４または５記載のガス回収
   装置。
7. 【請求項７】 絶縁媒体として窒素ガスとＳＦ６ガスと
   を混合した混合ガスを充填した混合ガス方式のガス絶縁
   機器に用いられる装置であって、ガス絶縁機器から混合
   ガスを回収してこれを加圧し混合ガス中のＳＦ６ガスを
   液化して窒素ガスと分離させる加圧タンクと、この加圧
   タンクにて液化されたＳＦ６液を保管するＳＦ６液タン
   クとが備えられたガス回収装置において、 前記加圧タンクにて分離された窒素ガスを取込み、窒素
   ガス中に含まれる少量のＳＦ６ガスを回収する圧力スイ
   ング吸着装置が設けられたことを特徴とするガス回収装
   置。
8. 【請求項８】 前記ガス絶縁機器と前記加圧タンクとの
   間に、冷媒として前記加圧タンクから分離された窒素ガ
   スを取込み、前記ガス絶縁機器から流れる前記混合ガス
   を冷却する熱交換器が設置されたことを特徴とする請求
   項１、２、３、４、５、６または７記載のガス回収装
   置。
9. 【請求項９】 前記熱交換器と前記加圧タンクとの間
   に、前記熱交換器から流れる前記混合ガスの一部を断熱
   膨張させる膨張器と、冷媒として前記膨張器にて断熱膨
   張させた前記混合ガスを取込み、前記熱交換器から流れ
   る前記混合ガスを冷却する第２の熱交換器とが設置され
   たことを特徴とする請求項８記載のガス回収装置。
10. 【請求項１０】 前記加圧タンクに放熱用のフィンが取
    付けられたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８または９記載のガス回収装置。
11. 【請求項１１】 前記加圧タンクにて分離された窒素ガ
    ス中に含まれるＳＦ６ガスを検知するＳＦ６ガス検知器
    が設けられたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８、９または１０記載のガス回収装置。