JP6309167B2

JP6309167B2 - 回転電機のガス乾燥器

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Publication number: JP6309167B2
Application number: JP2017523051A
Authority: JP
Inventors: 康祐東方田; 藤田　鉄博; 鉄博藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: JPWO2016199274A1; WO2016199274A1; US20180117527A1; CN107615626B; EP3309936A1; EP3309936A4; CN107615626A

Description

本発明は、回転電機内部の結露を防ぐために回転電機の内部に循環させる冷却ガスの水分を除去する回転電機のガス乾燥器に関するものである。

回転電機を冷却するために、回転電機内に水素ガスを循環させる水素冷却方式が採用されている。回転電機内に循環される水素ガスが水分を含む場合、血路の原因となるため、回転電機にガス乾燥器を連結し、水素ガスの除湿を行う必要がある。ガス乾燥器（水素ガス乾燥器）は、回転電機の回転子に設置されているファンの作用で生じる圧力差によって水素ガスをガス乾燥器内へ循環させる。そして、ガス乾燥器は、その乾燥塔内部に充填した乾燥剤で水素ガスの湿分を除去する除湿運転を行う。乾燥剤が一定以上の水分を吸湿した場合は、ガス乾燥器と回転電機との接続配管を閉じ、乾燥塔内部に設置した電気ヒータを起動し、外部に設置したブロワから乾燥塔に導入される空気を加熱し、加熱された空気を乾燥剤に送り込むことで乾燥剤の水分を取り去るものであった。

また、複数の先行技術文献に示されるように、電気ヒータによる加熱と併せて、乾燥塔内部を真空引きすることで、乾燥剤の水分を取り去るガス乾燥器もあった（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
しかし、従来の回転電機のガス乾燥器は、乾燥塔内に乾燥剤を配置したまま、配管の弁を切り替えるなどして、乾燥剤を加熱し、水分を外部へ排出させる構成であった。

特開昭６１−５４８４１号公報特開昭６４−７７４４５号公報特開平８−３３１８０８号公報

従来の方式では、乾燥剤の除湿を電気ヒータによる加熱で行っていた。しかし、ガス乾燥器の水素ガス除湿運転時においては、乾燥剤が配置される乾燥塔の内部は水素ガスで満たされた状態となる。そこで、乾燥剤の除湿を行うヒータ加熱運転時には、乾燥塔の内部から水素ガスを排出し、防爆に対する対策をとる必要があった。また、防爆対策として、例えば、隔離弁の開閉タイミングをずらして水素ガスと加熱したヒータとが接触しないように操作を行う、乾燥塔内に残留する水素ガスを不活性ガスでパージする、あるいは、乾燥塔内を真空引きするなどの処置を行っていた。また、弁の切替操作を自動化する技術もあるが、制御が複雑であり、保守に要する労力が大きいという問題があった。
また、さらに大きな問題として、連動式切替弁を操作したことで乾燥塔内の水素ガスが送風器を介して外部に流出し、着火事故を発生させた事例が報告されている。

また、水素ガスの除湿を行うガス乾燥器を防爆指定区域へ設置するには、電気品を全て特殊な水素ガス防爆品とし、さらに、水素ガスが外部に流出しない構造、回路構成にする必要があった。
これらのことから、従来のヒータを用いたガス乾燥器は、爆発や火災が発生する危険があり、防爆指定区域への設置が難しかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、爆発や火災が発生する危険がない、ヒータレス構造の回転電機のガス乾燥器を提供することを目的とするものである。

この発明に係わる回転電機のガス乾燥器は、回転電機の内部を循環する水素ガスを導通させ、水素ガス中の水分を乾燥剤に吸着させる乾燥塔、上記乾燥塔の内部に配置され、上記乾燥剤を保持するロート状の乾燥剤保持部、上記乾燥塔の上部に設けられ、上記乾燥剤を上記乾燥剤保持部に投入する投入弁、上記乾燥塔の下部に設けられ、上記乾燥剤を外部に排出する排出弁を備え、上記乾燥剤保持部は、通気性を持つ部材によって形成されたことを特徴とするものである。
また、この発明に係わる回転電機のガス乾燥器は、回転電機の内部を循環する水素ガスを導通させ、水素ガス中の水分を乾燥剤に吸着させる乾燥塔、上記乾燥塔の上部に開閉自在に設けられた蓋部、上記乾燥塔の内部に配置され、上記乾燥剤を保持する持ち手付きの乾燥剤保持部を備え、上記乾燥塔の上部から出し入れされる上記乾燥剤保持部は、通気性を持つ部材によって形成されたことを特徴とするものである。

この発明の回転電機のガス乾燥器によれば、乾燥塔の上部から、乾燥塔内に配置された乾燥剤保持部に乾燥した乾燥剤を投入でき、乾燥剤が吸湿した場合に、乾燥塔の排出弁を開いて乾燥剤の自重で排出させることができるため、ヒータを用いることなく、乾燥塔内の乾燥剤の交換を容易に行うことができる。
また、この発明の回転電機のガス乾燥器によれば、乾燥剤を保持する持ち手付きの乾燥剤保持部を、乾燥塔の上部に設けられた蓋部を開け、持ち手を操作して出し入れすることができるため、ヒータを用いることなく、乾燥剤の交換を容易に行うことができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

本発明の実施の形態１に係る回転電機のガス乾燥器を含む系統図である。本発明の実施の形態１に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態１に係る乾燥剤保持部の側断面図である。本発明の実施の形態２に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態２に係る乾燥剤保持部の側断面図である。本発明の実施の形態３に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態３に係る乾燥剤保持部の側断面図である。本発明の実施の形態４に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態４に係る乾燥塔内部に配置される空洞部材の側断面図である。本発明の実施の形態５に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態５に係る乾燥塔内部の水素ガスの循環を示した説明図である。本発明の実施の形態６に係るガス乾燥器の乾燥塔の要部断面側面図である。本発明の実施の形態６に係る乾燥剤保持部の上面部および側断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による回転電機のガス乾燥器について、図１から図３を参照して説明する。図１は、回転電機６のガス乾燥器１００を含む系統図である。図１において、回転電機６内を循環する水分を含んだ水素ガスは、配管を介してガス乾燥器１００に導入され、水分が除去されて回転電機６に戻る構成である。
図１に示すように、この実施の形態１のガス乾燥器１００は、ガス乾燥器１００の系統の中に、乾燥剤２を加熱するヒータを備えておらず、ヒータレス構造となっている。そして、本発明のガス乾燥器１００は、水素ガス中の水分を吸着して飽和状態となった活性アルミナ等の乾燥剤２を、乾燥塔１の下部の弁を開けて排出し、乾燥した別の乾燥剤２を、乾燥塔１の上部の弁を開けて乾燥塔１内部へ投入する全量交換方式である。

図１に示すように、実施の形態１のガス乾燥器１００は、水素ガス除湿運転時、乾燥塔１の内部に乾燥剤２が充填され、水素ガスの水分を乾燥剤２に吸着させて水素ガスの除湿を行う。回転電機６の稼働に伴って回転電機６内部に生じる圧力差によって、水素ガスは、ガス乾燥器１００へ循環される構成である。
回転電機６とガス乾燥器１００は、乾燥剤２交換時、隔離弁である現地供給弁７、現地戻り弁８で切り離される。
ガス乾燥器１００は、乾燥塔１を主要部とし、その他、パージ用の不活性ガスボンベ２０等を含む構成である。また、ガス乾燥器１００または回転電機６から外部（屋外）へガスを放出するため放出管１０が設けられている。

乾燥塔１内には乾燥剤２を保持するロート状の乾燥剤保持部１３が配置される。そして、この乾燥剤保持部１３は、主要部となる乾燥剤２を受ける円錐形の面部が、通気性を持つ通風板、例えばパンチングメタルによって形成される。また、乾燥剤保持部１３は、乾燥塔１内に挿入された仕切り板の役割をし、仕切りによって塔内を、乾燥剤２を積層する領域と、水素ガスを乾燥剤２へ導く通風領域に分けている。
ここで、水素ガス除湿運転時、乾燥塔１内部は３つの領域に区別される。３つの領域とは、乾燥剤２が配置された領域と、湿った水素ガスが供給され、乾燥剤２へ水素ガスを送る通風領域（空間）、乾燥剤２を通過した乾燥した水素ガスが送られる通風領域（空間）である。

また、水素ガス入口管１４は、回転電機６から乾燥塔１へ湿った水素ガスを流入させる配管であり、水素ガス出口管１５は、乾燥塔１で乾燥させた水素ガスを流出させる配管であり、最終的には回転電機６に接続されている。
乾燥器内供給弁１６は、水素ガス入口管１４に安全性の向上のために設けられた弁であり、現地供給弁７と乾燥塔１の間に配置され、回転電機６とガス乾燥器１００を、現地供給弁７とこの乾燥器内供給弁１６とで二重に隔離できる構成としている。また、乾燥器内戻り弁１７は、水素ガス出口管１５の現地戻り弁８と乾燥塔１との間に配置され、回転電機６とガス乾燥器１００を、現地戻り弁８と乾燥器内戻り弁１７とで二重に隔離できる構成としている。

水素ガス出口管１５に接続された乾燥指標剤容器１８は、乾燥塔１から出る水素ガスの水分量に応じて色相が変化する乾燥指標剤を収納する容器であり、乾燥塔１出口側に設置して乾燥剤２の吸湿程度を把握するものである。
水素ガス入口管１４に接続された圧力計１９は、ガス乾燥器１００内の水素ガス圧力を計測している。
不活性ガスボンベ２０は、不活性ガス供給管２１から不活性ガス供給弁２２を通じて乾燥塔１内に不活性ガス供給するボンベであり、供給される不活性ガスによって乾燥塔１内に残存する水素ガスを追い出してパージを行うことができる。

ここで、ガス乾燥器１００から外へ配設されたパージ用配管２３は放出管１０に接続されている。パージ用配管２３は、乾燥塔１の水素ガスを開放し、圧力を下げる場合、および乾燥塔１内の水素ガスをパージする際に、水素ガスと不活性ガスの混合ガスを放出管１０から屋外に放出するために接続される配管である。パージ用配管２３は、ガス乾燥器１００と放出管１０の開放端との間を、二重化されたパージ弁２４ａ、２４ｂで隔離することができる。
なお、パージ用に用いる不活性ガスとしては、炭酸ガス、または窒素ガスを用いることができ、これらのガスは、入手の容易さ、価格が安価であることから使用に適している。

また、ガス乾燥器１００の乾燥塔１の上部には投入弁２５（上部ボール弁）が設置され、この投入弁２５を開とし、乾燥した乾燥剤２を乾燥塔１内に投入することができる。そして、乾燥塔１の下部には排出弁２６（下部ボール弁）が設置され、この排出弁２６を開とし、湿った乾燥剤２を自重によって外部に自然落下させ、排出することができる。
ここで、投入弁２５には閉止フランジ２７ａが、排出弁２６には閉止フランジ２７ｂが取付けられており、乾燥塔１からの水素ガス漏洩防止の信頼性を向上させる構成となっている。
なお、回転電機６のガス放出弁２８は、ガス乾燥器１００を介さず、放出管１０と接続されている。

次に、回転電機６のガス乾燥器１００の動作について説明する。回転電機６の冷却ガスである水素ガスは、回転電機６内を循環して回転電機６内を冷却している。水素ガスには、回転電機６を組み立てるときに回転電機６内に残った水分や、回転電機６内の水素ガスを閉じ込めるための密封油等を由来とする水分が含まれる。水素ガス中に水分が混じることは回転電機６の効率を低下させる原因となる。そこで、回転電機６に乾燥塔１を配管で接続し、乾燥塔１に水素ガスを循環させることで、乾燥塔１内の乾燥剤２にて水素ガス中の水分を除去している。

上記のように構成されたガス乾燥器１００により、回転電機６内を循環する水素ガスを除湿する水素ガス除湿運転（乾燥運転）は、次のように行われる。
回転電機６から送り出された湿った水素ガスは、現地供給弁７及び水素ガス入口管１４を通り乾燥塔１の内部に流入し、この乾燥塔１の下部から供給され、乾燥塔１内を上方に流れ、乾燥剤２の粒子の隙間を通って除湿されながら水素ガス出口管１５側に流れる。乾燥塔１の出口側に流れた乾燥した水素ガスは、現地戻り弁８を介して回転電機６へ戻る。
この乾燥運転時、水素ガスは、放出管１０及び後述する不活性ガスボンベ２０とは隔離された経路を循環する。

乾燥剤２が水分を吸収し飽和状態となったら、乾燥指標剤容器１８の色相に変化が出る。この色相の変化が、乾燥剤２のリフレッシュのタイミングを知らせる合図となる。乾燥剤２のリフレッシュは、吸湿した乾燥剤２を乾燥塔１から排出後、乾燥した乾燥剤２を乾燥塔１へ投入するという、乾燥剤２の全量交換によって行われる。そこで、乾燥剤交換時には、乾燥塔１への水素ガス導入を止めるため、乾燥塔１の入口回路に設置している現地供給弁７および乾燥器内供給弁１６、出口回路に設置している現地戻り弁８および乾燥器内戻り弁１７を閉止し、乾燥塔１と回転電機６を切り離し、水素ガス除湿を一時的に停止する。

次に、ガス乾燥器１００内の水素ガスを抜き、圧力を下げるために、パージ弁２４ａ、２４ｂを開け、圧力計１９の指示が０になったことを確認する。その後、不活性ガスボンベ２０の容器弁を微開にして不活性ガスを不活性ガス供給管２１から不活性ガス供給弁２２を経て乾燥塔１内に導入し、乾燥塔１内の水素ガスをパージ弁２４ａ、パージ用配管２３、パージ弁２４ｂを介し、放出管１０から屋外に放出することでパージを行う。不活性ガスの供給時間は３分〜５分程度とし、時間が経過すれば不活性ガスの供給を停止するために不活性ガスボンベ２０の容器弁および不活性ガス供給弁２２を閉止する。

その後、乾燥剤２の交換のために以下の作業を実施する。排出弁２６の下に２０リットル程度の容器を設置し、閉止フランジ２７ｂを外す。その後、排出弁２６を全開にして湿った乾燥剤２が自然落下で容器内に落ちてくるのを確認する。そして、乾燥塔１内の乾燥剤２が全量排出されれば排出弁２６を閉じ閉止フランジ２７ｂを元通りに取り付ける。

次に、乾燥塔１の上部の閉止フランジ２７ａを取り外し、投入弁２５を開としておく。新しい乾燥剤２（乾燥した乾燥剤）を封入する為の治具（例えばホッパーなど）を投入弁２５の上に取り付け、新しい乾燥剤２を必要量だけ治具を介して乾燥塔１の内部に投入する。所定量の乾燥剤２が投入されたら治具を取り外し、投入弁２５を閉にして閉止フランジ２７ａを取り付けることで乾燥剤２の全量交換ができる。その後、パージ弁２４ａ、２４ｂを全閉にしてから乾燥器内供給弁１６、乾燥器内戻り弁１７、及び現地供給弁７、現地戻り弁８を全開にすることで回転電機６とガス乾燥器１００が接続され、水素ガスの除湿が再開される。

水素ガス除湿再開の作業は、標準的には、上述したここまでの処理で問題無い。しかし、新しい乾燥剤２を封入した時に乾燥塔１内には多少なりとも空気が存在することになる。そこで、乾燥塔１の内部に残留する空気が回転電機６内の水素ガスと混合されることを嫌う場合には、次のような手順によって水素ガスの除湿を再開する。
つまり、新しい乾燥剤２を投入後、乾燥器内供給弁１６と乾燥器内戻り弁１７を全開にする前に、不活性ガスボンベ２０から不活性ガスを乾燥塔１内に供給して空気をパージし、乾燥塔１内部を不活性ガスで満たした状態とする。乾燥塔１内に残留していた空気のパージ完了後に、乾燥器内供給弁１６、乾燥器内戻り弁１７、及び現地供給弁７、現地戻り弁８を全開にすることで、回転電機６から供給される水素ガスが、乾燥塔１内に導入されても、乾燥塔１内に空気が残っておらず、空気と水素ガスの混合ガスが生成されることを回避でき、安全に回転電機６を稼働させることが可能となる。

なお、乾燥塔１から排出された湿った乾燥剤２の再活性化処理は、回転電機６の近傍で行う必要はなく、乾燥剤２を容器に入れた状態で、回転電機６から距離が離れた防爆指定区域以外の場所へ運んで行うことができる。そして、防爆の心配がない環境下で、湿った乾燥剤２に対し加熱処理するなどして水分を除去し、再活性化させた乾燥剤２は、再度、乾燥塔１へ投入して水素ガスの除湿に用いることが可能であることは言うまでもない。

上述したように、本実施の形態１では、乾燥塔１内の乾燥剤２の全量交換をスムーズに行うために、乾燥剤２を保持する乾燥剤保持部１３の形状をロート状としている。図２にガス乾燥器１００の乾燥塔１の要部断面側面図を示すように、乾燥剤２を配置する乾燥塔１が円筒形状であり、縦方向に設置される場合、ロート状の乾燥剤保持部１３の、最も径が大きくなる上端部は、乾燥塔１の内壁に周接した状態となる。そして、乾燥剤２の投入により、乾燥剤保持部１３の円錐形の内部を見たし、さらに乾燥剤保持部１３の上に盛り上がった状態に積層されても、乾燥剤２が、ロート形状の上端外周部から下側に漏れ出さない構造となっている。

また、乾燥剤保持部１３を構成する部材は、通気性を持つ通風板であり、例えば、通風抵抗が５０％程度のパンチングメタルを用いることができる。
図３に乾燥剤保持部１３の側断面図を示すように、ロート状に形成したパンチングメタル１３ａと、そのパンチングメタル１３ａの下部を保持する保持筒１３ｂによって乾燥剤保持部１３が構成されている。乾燥剤保持部１３は、例えば、保持筒１３ｂを乾燥塔１の下端部に固定することによって乾燥塔１内に係止される。
なお、乾燥剤保持部１３は、例えば、乾燥塔１の内部に常設して用いることができる。

そして、図２に示すように、円錐形部分であるパンチングメタル１３ａの内部全体に乾燥剤２が充填され、乾燥塔１の内筒の断面全体に乾燥剤２が広がるように配置されている。そのため、水素ガスは、乾燥塔１の下部から上部に移動する際に、乾燥剤２の粒子間を通過することになり、水素ガスの除湿が効率良く行われる。

ここで、乾燥剤保持部１３に保持される粒子状の乾燥剤２は、乾燥剤２の交換時に、ロートの中央注ぎ口部分に相当する保持筒１３ｂ内を通過し、乾燥塔１の排出弁２６から下方に自然落下によって排出されるため、特別な道具を用いることなく、スムーズに乾燥剤交換作業を進めることができる。

また、ガス乾燥器１００の運転状態を切り替える際に、弁の切り替えによって水素ガスが周辺大気中に漏洩しないように、乾燥塔１内の水素ガスを排出し、不活性ガスでパージできる回路構成とし、また、配管に二重弁を設けるなどして、安全性が高いガス乾燥器１００とすることができる。
さらに、乾燥剤２を除湿するためのヒータをガス乾燥器１００内に配設していないため、安全性を確保でき、特に海外法規上で制約となっている防爆指定区域への設置の要件を満たす事が可能になる。

なお、上記の例では、乾燥塔１の形状を円筒状、乾燥剤保持部１３のパンチングメタル１３ａは円錐形であることを例示していたが、例えば、乾燥塔１の形状を円筒以外の多角筒等の形状とし、これに伴って、パンチングメタル１３ａを多角錐の形状に形成するなど、変形させることも可能である。乾燥塔１の形状が変化した場合であっても、乾燥剤保持部１３の形状を合わせることで、乾燥剤保持部１３を、変わりなく仕切り板として用いることができることは言うまでもない。

また、ロート状のパンチングメタル１３ａは、円錐形の面部に部分的に凸部または凹部を設けて表面積を拡大させることが可能である。パンチングメタル１３ａ全面の開口部から通風させることができるため、表面積が増大すると通風性も向上する。また、筋状の凸部または凹部を補強が必要となる部分に設けることも強度を向上させる上で有効である。
また、図３に例示した乾燥剤保持部１３のロート状のパンチングメタル１３ａの断面形状は、直線的なものであったが、例えば、乾燥剤２の排出方向に向かって内壁の傾斜が急になる曲線形状の断面とするなど、乾燥剤２の排出の妨げとならない範囲で、乾燥剤２の排出を促す構造に変形させることも可能である。

実施の形態２.
次に、図４および図５を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。上述の実施の形態１では、乾燥剤２を乾燥塔１の内部に保持するための乾燥剤保持部１３を構成する通気性を持つ部材（通風板）として、例えば開口率約５０％のパンチングメタル１３ａを用いることを例示していた。しかし、この実施の形態２では、図４に乾燥塔１の要部断面側面図を示すように、乾燥剤保持部１３の通風抵抗をより低くするために、パンチングメタル１３ａよりも開口率が大きな金網１３ｃ（メッシュ部材）を通風板として用いることについて説明する。

図４、図５に示すように、ロート状に成形した金網１３ｃを乾燥剤保持部１３の構成部材として用いることで、通風面積を、パンチングメタル１３ａを用いる場合よりも大きくでき、通風抵抗を小さくすることができる。そのため、金網を円錐状に成形して乾燥剤２を保持することで、結果的には乾燥塔１に流入する水素ガスを多くすることができ、回転電機６の除湿に要する時間を短縮させることができるという効果が得られる。
なお、金網１３ｃを補強するために部分的に梁を設けるなど、通風や乾燥剤２の排出を妨げない範囲で補強材を配置することも有効である。

実施の形態３.
次に、図６および図７を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。上述の実施の形態１および実施の形態２では、乾燥剤２の乾燥塔１内での保持方法としてパンチングメタル、或いは金網を単独（単層）で用い、円錐状等の形状に成形する例を示していた。ここで、この実施の形態３では、図６に乾燥塔１の要部断面側面図を、図７に乾燥剤保持部１３の側断面図を示すように、パンチングメタル１３ａの上に金網１３ｃを重ねた二重構造のロート形状部１３ｄを用いて、乾燥剤保持部１３を形成する例について示す。

ここで、パンチングメタル１３ａには、容器を形成した場合の強度を十分に確保することができるという利点がある。また、金網１３ｃには、乾燥剤２の粒子に比べて小さい網目のものを用いることで、乾燥剤２の粒子が開口部分（網目）に引っ掛かることがなく、排出弁２６が開となれば、下方の乾燥剤２の排出に伴って、粒状の乾燥剤２が金網の表面を滑らかに流下するため、スムーズな排出が可能になるという利点がある。

よって、この実施の形態３のようにロート形状部１３ｄを、パンチングメタル１３ａを外側、金網１３ｃを内側とした二重構造に形成することで、パンチングメタル１３ａと金網１３ｃの両者の利点を生かすことが可能となる。
また、二重構造のロート形状部１３ｄでは、パンチングメタル１３ａと金網１３ｃの間に通気に要する隙間を適宜形成することができ、パンチングメタル１３ａの内側に直接的に乾燥剤２を充填した場合よりも、実質的に乾燥剤保持部１３の通気効率を高め、水素ガスの除湿運転の効率を向上させることが可能となる。

実施の形態４．
次に、図８、図９を用いて、実施の形態４について説明する。上述の実施の形態１から実施の形態３では、乾燥剤２は、乾燥塔１に投入した際に、乾燥剤保持部１３内に自然落下の状態で積層されることを示した。しかし、この状態では、積層された乾燥剤２は、下向きの円錐状部分に充填されるとともに、その中央部が若干盛り上がった状態となり、乾燥剤２は、乾燥塔１の中央部ほど乾燥剤２の積層量が大きく、乾燥塔１の内壁に近づくほど積層量が小さくなる。このようなアンバランスな乾燥剤２の積層状態の場合、水素ガスの通風状態もアンバランスなものとなる場合がある。
そこで、この実施の形態４では、乾燥剤保持部１３内に積層される乾燥剤２の厚みを均一化することで、水素ガスの除湿効率を高めることについて説明する。図８は、乾燥剤２の積層量均一化に必要となる空洞容器２９を、乾燥塔１の内部に配設した状態を示す乾燥塔１の要部断面側面図である。空洞容器２９は、支え板３０を介して乾燥塔１の内部に保持されている。
なお、空洞容器２９は、例えば、乾燥塔１の内部に常設して用いることができる。

図９に、空洞容器２９の側断面図を例示するように、空洞容器２９は、通気性を持つ板状部材によって中空となるように形成され、その下方部が下側に突出する円錐形状部２９ｃ、軸方向に沿って、円錐形状部２９ｃの外周端上に繋がる筒状部２９ａ、さらに筒状部２９ａの上端に繋がり、中央上向きに突出する円錐形の上面部２９ｂが組み合わされた形状である。上面部２９ｂは、その中央部が外周部より高くなるように突出して形成される。
ここで、空洞容器２９は、空洞容器２９の円錐形状部２９ｃと乾燥剤保持部１３の内壁との距離が一定となるように乾燥塔１の内部に支え板３０を介して保持されている。

乾燥塔１へ乾燥剤２を投入した場合には、図８に示すように、乾燥塔１の上部中央から投入される乾燥剤２は、空洞容器２９の上面部２９ｂの突出した中央部から外周部へ、上面部２９ｂの傾斜に沿って、矢印方向に流下し、空洞容器２９の周囲に流れ落ち、乾燥剤保持部１３の内側に収納される。ここで、空洞容器２９の円錐形状部２９ｃと乾燥剤保持部１３の内壁との距離を一定としたことで、空洞容器２９と乾燥剤保持部１３との間に一定の厚さの乾燥剤２を積層することができ、乾燥剤２の積層状態のアンバランスを改善することができる。

乾燥剤保持部１３の内側に積層される乾燥剤２の厚みを均等にすることにともなって、投入弁２５下方部の乾燥剤２が厚く積み重なっていた領域に空洞容器２９を配設したため、乾燥剤２を投入後においても空洞容器２９の内部に空洞を確保できる。この空洞容器２９の内部の空洞は水素ガスを通過させる通風領域となり、乾燥剤保持部１３の通気面部全面の通気性を均等にできるため、乾燥剤２の全量に、湿った水素ガスを均等に接触させることができ、除湿効率を向上させることが可能となる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について、図１０、図１１を用いて説明する。上述の実施の形態１から実施の形態４では、乾燥塔１の内部に流入する水素ガスは、乾燥塔１の内部を直線的に流れるものであった。乾燥塔１内に流入する水素ガスの流速は10ｍ/ｓ前後の高速となることから、乾燥剤保持部１３の円錐形の表面に吹き付けられる水素ガス流の強度にはムラが生じる場合がある。
乾燥塔１の内部に流入する乾燥剤保持部１３の内側に保持された乾燥剤２は、水素ガス流が当たる領域では、直ぐに多量の水分を吸収するが、水素ガス流が当たりにくい領域に位置する乾燥剤２は水分吸収が遅くなり、吸湿状態がアンバランスとなる。これを改善するために、図１０に乾燥塔１の要部断面側面図を示すように、水素ガス入口管１４の先端部に取り付ける吹き出し口１４ａの向きを曲げるなどして調整し、水素ガス流が、円筒形の乾燥塔１の内壁面の周方向と同一方向となる構成としている。

図１１に乾燥塔１の軸方向に沿った断面図を示し、水素ガスの循環する方向を示すように、乾燥塔１に流入する水素ガス流を円錐形の乾燥剤保持部１３の円周方向に沿って流すことで、乾燥塔１内において水素ガスは渦巻（スパイラル）状に流れ、円錐形の乾燥剤保持部１３全面にわたって、吹き付けられる水素ガス流の大きさを均一化できる。そして厚さが均一である乾燥剤２の層を通過した水素ガスは、乾燥塔１上部の水素ガス出口管１５側に流れ、乾燥剤２の全量に対し、均等に水素ガスを接触させることができるため、結果的に除湿効率を向上させることが可能となる。

実施の形態６．
次に、図１２、図１３を用いて、発明の実施の形態６について説明する。上述の実施の形態１から実施の形態５では、乾燥塔１への乾燥剤２の入替えは乾燥塔１の上下の投入弁２５、排出弁２６を介して行うことを示した。この実施の形態６では、図１２に乾燥塔１の要部断面側面図を示すように、乾燥塔１の内部に、乾燥剤２を保持する持ち手付きの乾燥剤保持容器３１（バスケット形状の乾燥剤保持部）を配置し、乾燥剤２の取り替えは、乾燥塔１の上部に設けられた蓋部１ａを開けて、乾燥剤２を保持する持ち手付きの乾燥剤保持部１３の出し入れを行うことによって行うものとする。

図１３に、乾燥剤保持容器３１の上面部および側断面図を示すように、乾燥剤保持容器３１は、例えば、乾燥塔１の内壁に沿って設置される胴部３１ａ、胴部３１ａの下端の通気性を持つ部材で形成された底面部３１ｂ、胴部３１ａの上部に取り付けられた持ち手部３１ｃによって構成されている。その底面部３１ｂとしては、例えばパンチングメタルなどを用いることができる。
図１２に示すように、この持ち手付きの乾燥剤保持容器３１は、乾燥塔１の内壁に固定されたフチ板３２の上に載置することで乾燥塔１の内部に設置することができる。このフチ板３２は、乾燥剤保持容器３１の底面部３１ｂの縁を支持する部材であり、水素ガスの通気を妨げないように配設される。

このように、乾燥塔１の上部に設けられた蓋部１ａを開けて、乾燥剤保持容器３１の出し入れを行うことで、吸湿した乾燥剤２を乾燥剤保持容器３１に収納した状態で全量交換することが可能であり、作業性を改善することができる。
具体的には、一つの乾燥剤保持容器３１を用いて運用する場合は、乾燥剤保持容器３１の中から湿った乾燥剤を取り出し、その後、空の乾燥剤保持容器３１に新しい乾燥剤２を入れ、乾燥塔１に乾燥剤保持容器３１を戻すことで、乾燥剤２の全量交換を行うことができる。また、乾燥剤保持容器３１を複数用意できる場合は、あらかじめ、新しい乾燥剤２を充填したもう一つの乾燥剤保持容器３１を用意しておき、湿った乾燥剤２が入った乾燥剤保持容器３１を乾燥塔１から取り出したら、すぐに乾燥塔１にセットするように作業を行うことができる。

また、この実施の形態６の乾燥剤保持容器３１を用いるガス乾燥器１００も、上述の実施の形態１から実施の形態５と同様に、ヒータレス構造であるため、防爆指定区域に設置した場合においても、安全に回転電機６を稼働させることができることは言うまでもない。
以上、冷却ガスとして水素ガスを用いる場合について説明したが、別の種類のガスの除湿を行う場合に、本発明のガス乾燥器を用いることも可能であり、火気に対して注意が必要な環境下で除湿を行う場合に効果を発揮することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

回転電機の内部を循環する水素ガスを導通させ、水素ガス中の水分を乾燥剤に吸着させる乾燥塔、上記乾燥塔の内部に配置され、上記乾燥剤を保持するロート状の乾燥剤保持部、上記乾燥塔の上部に設けられ、上記乾燥剤を上記乾燥剤保持部に投入する投入弁、上記乾燥塔の下部に設けられ、上記乾燥剤を外部に排出する排出弁を備え、上記乾燥剤保持部は、通気性を持つ部材によって形成されたことを特徴とする回転電機のガス乾燥器。
上記乾燥剤保持部は、パンチングメタルによって形成されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機のガス乾燥器。
上記乾燥剤保持部は、金網によって形成されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機のガス乾燥器。
上記乾燥剤保持部は、パンチングメタルの内側に金網が重ねられた二重構造の部材によって形成されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機のガス乾燥器。
上記乾燥剤保持部の内側に配置された通気性を持つ空洞容器を備え、上記空洞容器は、その下方部が下側に突出する円錐形状部を持ち、上記空洞容器の上記円錐形状部と上記乾燥剤保持部の内壁との距離が一定となるように上記乾燥塔の内部に保持され、上記空洞容器と上記乾燥剤保持部との間に一定の厚さの上記乾燥剤が積層されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の回転電機のガス乾燥器。
上記空洞容器の上面部は、その中央が外周部よりも高くなるように突出して形成され、上記上面部の中央に、上方から投入された上記乾燥剤は、上記上面部に沿って上記空洞容器の周囲に流れ、上記乾燥剤保持部の内側に収納されることを特徴とする請求項５記載の回転電機のガス乾燥器。
上記乾燥塔の下部に接続され、水素ガスを上記乾燥塔の内部に導入する水素ガス入口管を備え、上記水素ガス入口管は、上記乾燥塔に導入される水素ガスの流れが、円筒形の上記乾燥塔の内壁面の周方向と同一方向となるように、取り付け状態が調整されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の回転電機のガス乾燥器。
回転電機の内部を循環する水素ガスを導通させ、水素ガス中の水分を乾燥剤に吸着させる乾燥塔、上記乾燥塔の上部に開閉自在に設けられた蓋部、上記乾燥塔の内部に配置され、上記乾燥剤を保持する持ち手付きの乾燥剤保持部を備え、上記乾燥塔の上部から出し入れされる上記乾燥剤保持部は、通気性を持つ部材によって形成されたことを特徴とする回転電機のガス乾燥器。