DE102011054675A1

DE102011054675A1 - System mit faseroptischem Reinheitssensor

Info

Publication number: DE102011054675A1
Application number: DE102011054675A
Authority: DE
Inventors: Matthew Robert Martin; Anthony James George; Jeffrey James Andritz; James Daniel Antalek; James Thomas Clark
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US8768112B2; GB2484819B; US20120098360A1; GB2484819A; GB201118048D0; JP2012093353A; KR20120042663A; JP5814737B2

Abstract

Ein System enthält einen elektrischen Generator (12) mit einem Stator (90), einem Rotor (92) und einem Gaskühlmittelpfad (18) durch einen Innenbereich des elektrischen Generators (12) und wenigstens einem faseroptischen Reinheitssensor (34), der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit eines Stroms eines Gaskühlmittels (52) durch den Gaskühlmittelpfad (18) zu messen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft Systeme zur Reinheitsdetektion und insbesondere Systeme, die faseroptische Reinheitssensoren verwenden.
Gase werden in einem weiten Bereich von viele Industrien abdeckenden Anwendungen, wie z. B. bei Brennstoffzellen, Transportwesen und Stromerzeugung eingesetzt. Beispielsweise kann Wasserstoff als ein Kühlmittel in elektrischen Einrichtungen, wie z. B. elektrischen Generatoren, verwendet werden. Weitere Gase, wie z. B. Kohlenstoffdioxid und Luft, können ebenfalls in elektrischen Generatoren verwendet werden. Eine Reinheitsanforderung an den Wasserstoff variiert abhängig von der Anwendung. Beispielsweise können elektrische Generatoren hochreinen Wasserstoff erfordern, um die Erzeugung brennbarer Gasgemische zu vermeiden. Bestehende Wasserstoffreinheits-Überwachungsinstrumente basieren typischerweise auf einer Wärmeleitfähigkeitsdetektion (TCD). TCD ist ein universelles Gasanalyseverfahren mit nicht-spezifischen und nicht-destruktiven Eigenschaften und kann weniger empfindlich als Flammenionisationsdetektionsverfahren sein. Die Auflösung und Genauigkeit von TCD kann eingeschränkt sein. Weitere Verfahren zur Überwachung der Sauerstoffreinheit beinhalten die Verwendung von Gasdichte- und Differenzdruck-basierenden Messungen. Diese Verfahren unterliegen jedoch Umgebungs- und Gastemperatur-induzierten Schwankungen. Daher besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Reinheitsmesssensor und einem System, um eines oder mehrere von den vorgenannten Problemen zu lösen.
Beschreibung der Erfindung
Bestimmte im Schutzumfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechende Ausführungsformen sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen nicht den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken, sondern stattdessen sollen diese Ausführungsformen nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Tatsächlich kann die Erfindung eine Vielfalt von Formen umfassen, die den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ähneln oder sich davon unterscheiden können.
In einer ersten Ausführungsform enthält ein System einen elektrischen Generator mit einem Stator, einem Rotor und einem Gaskühlmittelpfad durch einen Innenbereich des elektrischen Generators und wenigstens einem faseroptischen Reinheitssensor, der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit eines Stroms eines Gaskühlmittels durch den Gaskühlmittelpfad zu messen.
In einer zweiten Ausführungsform enthält ein System ein Gasreinheits-Steuerungssystem, das eine Reinheits-steuerung enthält, und wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor, der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit zu messen.
In einer dritten Ausführungsform enthält ein System wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor, der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit eines Gaskühlmittels zu messen. Der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor enthält einen Faserkern, eine Gitterstruktur mit periodisch moduliertem Brechungsindex, die über dem Faserkern positioniert ist, einen Fasermantel, der um die Gitterstruktur mit periodisch moduliertem Brechungsindex positioniert ist, und einen mehrlagigen Messfilm, der um den Fasermantel herum positioniert ist. Der mehrlagige Messfilm weist eine modulierte Struktur mehrerer Materiallagen mit hohem Brechungsindex und niedrigem Brechungsindex auf. Das System enthält auch eine Reinheitssteuerung, die dafür eingerichtet ist, eine Steuerungsfunktion zu initiieren, um die Gasreinheit zu erhöhen, wenn ein gemessener Pegel unter einem Schwellenwertpegel der Gasreinheit liegt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, wobei:
1 eine Blockdarstellung eines elektrischen Generatorsystems ist, das einen faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform enthält;
2 eine Blockdarstellung eines elektrischen Generatorsystems ist, das einen faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform enthält;
3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Generatorsystems ist, das einen faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform enthält;
4 eine Teilquerschnittsansicht eines elektrischen Generatorsystems ist, das einen faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform enthält;
5 eine schematische Darstellung eines faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Betreiben eines elektrischen Generators ist, der einen faseroptischen Reinheitssensor gemäß einer Ausführungsform enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementation in der Patenschrift beschrieben werden. Es dürfte erkennbar sein, dass bei der Entwicklung von jeder derartigen tatsächlichen Implementation wie bei jedem technischen oder konstruktiven Projekt zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers, wie z. B. Übereinstimmung mit systembezogenen und firmenbezogenen Einschränkungen zu erreichen, welche von einer Implementation zur anderen variieren können. Ferner dürfte erkennbar sein, dass eine derartige Entwicklungsanstrengung komplex und zeitaufwendig sein kann, aber trotzdem hinsichtlich Auslegung, Herstellung und Fertigung für den normalen Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenlegung eine Routineaufgabe wäre.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel ”einer, eines, eine”, ”der, die, das” und ”besagter, besagte, besagtes” die Bedeutung haben, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sein können. Die Begriffe ”aufweisend”, ”enthaltend” und ”habend” sollen einschließend sein und die Bedeutung haben, dass zusätzliche weitere Elemente außer den aufgelisteten Elementen vorhanden sein können.
Wie nachstehend im Detail diskutiert, enthalten einige von den offengelegten Ausführungsformen Systeme, die auf elektrische Generatoren ausgerichtet sind, die einen Statur, einen Rotor und einen Gaskühlmittelpfad durch einen Innenbereich des elektrischen Generators enthalten. Insbesondere beinhalten weitere Ausführungsformen jede beliebige Rotationsmaschine, wie z. B. Turbinen, Verbrennungsmotoren, elektrische Generatoren, elektrische Motoren usw. Die Verwendung von Wasserstoff als ein Kühlmittel für elektrische Einrichtungen, wie z. B. elektrische Generatoren bietet verschiedene Vorteile gegenüber anderen Gasen, wie es nachstehend diskutiert wird. Andere Gase können ebenfalls in elektrischen Generatoren verwendet werden. Das offengelegte System enthält auch wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor, welcher dafür eingerichtet sein kann, eine Gasreinheit eines Stroms eines Gaskühlmittels durch einen Gaskühlmittelpfad zu messen. Die Gasreinheitsüberwachung kann eine Anforderung von Industriestandards wie z. B. von Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)-Standards sein. Wie nachstehend im Detail beschrieben, kann der faseroptische Reinheitssensor verschiedene Komponenten enthalten, die zusammenwirken, um dem Sensor zu ermöglichen, die Gasreinheit des Gaskühlmittels zu messen. Beispielsweise kann der faseroptische Reinheitssensor verschiedene Beschichtungen enthalten, oder Messschichten, wovon jede dem Sensor ermöglichen kann, unterschiedliche Gasreinheitspegel zu detektieren. In bestimmten Ausführungsformen kann der faseroptische Reinheitssensor eine erste Beschichtung enthalten, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Luft zu ermöglichen, eine zweite Beschichtung, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Kohlendioxid (CO₂) zu ermöglichen, und eine dritte Beschichtung, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines CO₂-Pegels in Luft zu ermöglichen. Die Verwendung faseroptischer Reinheitssensoren in elektrischen Generatoren kann die Hinzufügung weiterer faseroptischer Sensoren wie z. B. Druck-, Temperatur- und Durchflusssensoren ermöglichen. Derartige faseroptische Sensoren können in der Lage sein, gemeinsam dasselbe Abfragesystem zu nutzen, und dadurch möglicherweise Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten reduzieren. Wie nachstehend im Detail beschrieben, übersetzt das Abfragesystem optische Signale in Werte der überwachten Parameter. Ferner bieten im Vergleich zu anderen Sensoren faseroptische Sensoren Vorteile, wie z. B. kleine Abmessung, keine Notwendigkeit einer elektrischen Stromversorgung, Möglichkeit zur Multiplexierung, Beständigkeit gegenüber elektrischen und/oder magnetischen Feldern, Eignung für hohe Temperaturen und/oder Drücke, hohe Genauigkeit usw.
Einige von den offengelegten Ausführungsformen sind auf Gasreinheits-Steuerungssysteme gerichtet, die eine Reinheitssteuerung enthalten und wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor, der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit zu messen. Die Reinheitssteuerung kann dafür eingerichtet sein, eine Steuerfunktion zu initialisieren, um die Gasreinheit zu erhöhen, wenn ein gemessener Pegel unter einem Schwellenwertpegel für die Gasreinheit liegt. In bestimmten Ausführungsformen kann der Schwellenwertpegel der Gasreinheit auf der Vermeidung eines brennbaren Gemisches innerhalb eines Gaskühlsystems basieren. Beispiele von Steuerungsfunktionen, die durch die Reinheitssteuerung initialisiert werden können, beinhalten das Ablüften eines Teils des Gases mit niedriger Reinheit und/oder die Zuführung eines zusätzlichen Gases hoher Reinheit. Somit kann die Kühlungssteuerung unter Verwendung der genauen Rückkopplung aus dem faseroptischen Reinheitssensor dazu beitragen, das Gaskühlsystem innerhalb eines gewünschten Betriebsfensters zu halten.
1 ist eine Blockdarstellung eines elektrischen Generatorsystems 10 gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Generatorsystem 10 kann einen elektrischen Generator 12 enthalten, welcher eine Einrichtung ist, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Quelle der mechanischen Energie kann eine Maschine 14 sein, die mittels einer Antriebswelle 16 mit dem elektrischen Generator 12 gekoppelt ist. Beispiele der Maschine 14 beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dampfturbinen und Gasturbinen. Während des Betriebs kann der elektrische Generator 12 Wärme erzeugen, welche unter Verwendung eines Kühlmittels entfernt werden kann. Beispiele von Kühlmitteln, die in dem elektrischen Generator 12 verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Luft, Wasser, Wasserstoff, Helium usw. In der dargestellten Ausführungsform enthält der elektrische Generator 12 einen Wasserstoffkühlmittelpfad 18. Der Kühlmittelpfad 18 kann innerhalb des elektrischen Generators 12 nahe an einer Oberfläche des elektrischen Generators 12 angeordnet sein, oder wo auch immer Wärme entzogen werden kann. Somit kann der Wasserstoffkühlmittelpfad 18 Kanäle, Leitungen oder Rohre zum Transport von Wasserstoff durch den elektrischen Generator 12 beinhalten. Wasserstoff bietet mehrere Vorteile im Vergleich zu anderen Kühlmitteln, die für den elektrischen Generator 12 verwendet werden können. Insbesondere hat Wasserstoff eine niedrige Dichte, eine hohe spezifische Wärme und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften können elektrische Generatoren 12, die Wasserstoff als ein Kühlmittel verwenden, kleiner und preiswerter als elektrische Generatoren 12 sein, die andere Kühlmittel, wie z. B. Luft, verwenden.
Nach dem Entzug von Wärme in dem elektrischen Generator 12 kann warmer Wasserstoff 20 beispielsweise zu einem Wasserstoffwärmetauscher 22, wie etwa einem Rohrbündelwärmetauscher mit Mantel oder einem Plattenwärmetauscher geleitet werden. Der Wasserstoffwärmetauscher 22 entzieht dem warmen Wasserstoff 20 Wärme und führt kühlen Wasserstoff 24 wieder dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 zur Verwendung zum Entzug zusätzlicher Wärme aus dem elektrischen Generator 12 zu. Somit wird der in dem elektrischen Generator 12 verwendete Wasserstoff im Wesentlichen in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Der Druck des Wasserstoffs in dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 kann größer als angenähert 400 Kilopascal (kPa), 500 kPa oder 600 kPa sein. Die Reinheit des Wasserstoffs in dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 kann sehr hoch sein, um dazu beizutragen die Möglichkeit von Korona-Entladungen zu reduzieren, die durch das Vorhandensein von Sauerstoff verursacht werden. Beispielsweise kann die Reinheit des Wasserstoffs in dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 größer als angenähert 95 Prozent, 98 Prozent oder 99 Prozent sein.
Ein Kühlmittel kann zum Abführen von Wärme aus dem durch den Wasserstoffwärmetauscher 22 im Kreis geführten Wasserstoff verwendet werden. Das Kühlmittel kann eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, ein Kältemittel, ein Wärmetauschfluid oder dergleichen sein. Warmes Kühlmittel 26 aus dem Wasserstoffwärmetauscher 22 kann einem Kühlmittelwärmetauscher 28 zugeführt werden, welcher dafür eingerichtet sein kann, Wärme aus dem warmen Kühlmittel 26 zu entziehen. Der Kühlmittelwärmetauscher 28 kann ein Rohrbündelwärmetauscher mit Mantel, ein Plattenwärmetauscher oder irgendeine andere geeignete Art von Wärmetauscher sein. Das kühle Kühlmittel 30 kann aus dem Kühlmittelwärmetauscher 28 dem Wasserstoffwärmetauscher 22 zugeführt werden, indem im Wesentlichen ein System mit geschlossenem Kreislauf geschaffen wird. In weiteren Ausführungsformen kann der Kühlmittelwärmetauscher 28 weggelassen werden und ein Kühlmittelsystem im offenen Kreislauf anstelle des Systems mit geschlossenem Kreislauf verwendet werden. Beispielsweise kann das warme Kühlmittel 26 Kühlwasser sein, das einem Bereich eines großen Reservoirs, wie z. B. einem See oder einem Fluss zugeführt wird, und das kühle Kühlmittel 30 kann Kühlwasser sein, das aus einem anderen Bereich des Reservoirs erhalten wird. Zusammen können der Wasserstoffwärmetauscher 22 und der Kühlmittelwärmetauscher 26 als eine Wasserstoffkühleinheit oder ein Wasserstoffkühlsystem 32 bezeichnet werden.
Innerhalb des elektrischen Generators 12 können einer oder mehrere faseroptische Sensoren 34 angeordnet sein, die dafür eingerichtet sind, verschiedene Stellen entlang dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 zu überwachen. Die faseroptischen Sensoren 34 können dafür eingerichtet sein, wenigstens einen von den nachstehenden Gasreinheitspegeln zu überwachen: einen Wasserstoffpegel in Luft, einen Wasserstoffpegel in CO₂ oder einen CO₂-Pegel in Luft. Die faseroptischen Sensoren 34 werden nachstehend detaillierter beschrieben. Eine Abfrageeinrichtung 36 kann mit den faseroptischen Sensoren 34 gekoppelt sein und zum Ermitteln des Gasreinheitspegels auf der Basis eines Signals aus den faseroptischen Sensoren 34 verwendet werden. Insbesondere kann ein faseroptisches Kabel 38 den faseroptischen Sensor 34 und die Abfrageeinrichtung 36 verbinden. Der faseroptische Sensor 34 sendet entlang dem faseroptischen Kabel 38 ein faseroptisches Signal und das Signal wird dann in einen Gasreinheitsmesswert durch die Abfrageeinrichtung 36 umgewandelt. Die Gasreinheitsinformation aus der Abfrageeinrichtung 36 kann über ein Signal 42 an ein Steuersystem 40 gesendet werden. Beispielsweise kann das Signal 42 ein elektrisches 4 mA bis 20 mA Signal sein und drahtgebunden oder drahtlos übertragen werden. Das Steuerungssystem 40 kann ein eigenständiges Prozesssteuerungssystem oder ein Teil eines größeren Prozesssteuerungssystems sein. Beispiele von Technologien, die für das Steuersystem 40 verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, eine Steuerung mit offenem oder geschlossenem Kreis, eine lineare oder nicht-lineare Steuerung, Steuerungen mit programmierbarer Logik (PLCs), Systeme mit verteilter Steuerung (DCSs), eine Prädiktionsmodell-Steuerung, eine statistische Prozesssteuerung oder andere Verfahren moderner Prozesssteuerung. Zusätzlich kann das Steuerungssystem 40 eine Reinheitssteuerung 43, eine Maschinensteuerung 44, eine Generatorsteuerung 46, eine Kühlungssteuerung 48 usw. enthalten. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale können die Steuerungen 43, 44, 46 und 48 Ausgangssignale 50 an verschiedene Komponenten des elektrischen Generatorsystems 10 senden. Beispielsweise kann die Reinheitssteuerung 43 Signale 42 aus den Abfrageeinrichtungen 36 empfangen und das Ausgangssignal 50 an eine Gassteuervorrichtung 51 senden, welche eine oder mehrere Steuerventile 53 zum Steuern der Durchflussraten von Gasen zu und aus dem elektrischen Generator 12 enthalten kann. Die Maschinensteuerung 44 kann die Signale 42 empfangen und das Ausgangssignal 50 an die Maschine 14 senden. Wenn die Gasreinheitsinformation nicht innerhalb eines Schwellenwertes liegt, kann die Maschinensteuerung 44 ein Abschalten der Maschine 14 anweisen. Ebenso können die Generatorsteuerung 46 und die Kühlmittelsteuerung 48 Ausgangssignale 50 an den elektrischen Generator 12 und das Kühlsystem 32 jeweils auf der Basis der Gasreinheitsinformation senden.
Während des Betriebs kann dem elektrischen Generator 12 Wasserstoff 52 zugeführt werden, um jeden Wasserstoff zu ersetzen, der aus dem elektrischen Generator 12 ausgetreten ist oder daraus entfernt wurde. Zusätzlich kann der Wasserstoff 52 dem elektrischen Generator 12 zugeführt werden, wenn der elektrische Generator 12 zum ersten Mal in Betrieb genommen wird. Wie nachstehend im Detail beschrieben, kann der Wasserstoff 52 durch CO₂ 54 verdrängt werden, wenn der elektrische Generator 12 zur Wartung vorbereitet wird. Als ein nicht-brennbares Gas kann das CO₂ 54 sicher mit dem Wasserstoff 52 vermischt werden. Der verdrängte Wasserstoff 52 wird zu einer Auslasseinheit 56 geleitet. Sobald der gesamte oder im Wesentlichen der gesamte Wasserstoff 52 durch das CO₂ 54 verdrängt worden ist, kann das CO₂ 54 durch Luft 58 verdrängt werden. Somit kann das CO₂ 54 zu dem Auslass 56 befördert werden. Sobald das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte CO₂ 54 durch Luft 58 verdrängt worden ist, ist der elektrische Generator 12 bereit zur Wartung.
2 ist eine Blockdarstellung einer anderen Ausführungsform eines elektrischen Generatorsystems 10. Gemeinsame Elemente in 2 mit in 1 dargestellten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die faseroptischen Sensoren 34 nicht innerhalb des elektrischen Generators 12 angeordnet. Stattdessen kann ein Rohr oder eine Leitung 70 zur Gasprobenahme Gas aus dem elektrischen Generator 12 den faseroptischen Sensoren 34 zuführen, welche in einem Steuerfeld 72 angeordnet sein können. Somit kann in einigen Ausführungsformen der Wasserstoffkühlmittelpfad 18 sowohl einen internen Abschnitt innerhalb des elektrischen Generators 12 als auch einen externen Abschnitt enthalten, der das Rohr 70 enthält, welches auch als eine Wasserstoffkühlmittelleitung bezeichnet werden kann. Das Rohr 70 kann aus Materialien, wie z. B. rostfreiem Stahl ”304” oder rostfreiem Stahl ”316” bestehen, und kann beispielsweise einen Außendurchmesser von angenähert 3 mm, 6 mm, 9 mm oder 12 mm haben. Das Rohr 70 transportiert eine kleine Menge des Gases aus dem Inneren des elektrischen Generators 12 zu den faseroptischen Sensoren 34. Wie vorstehend beschrieben, ermitteln die Abfrageeinrichtungen 36 die Gasreinheitsinformation auf der Basis von Signalen aus den faseroptischen Sensoren 34. Die Abfrageeinrichtungen 36 können die Gasreinheitsinformation an eine oder mehrere Anzeigeeinrichtungen 74 senden, die in dem Steuerfeld 72 angeordnet sind. Die Anzeigeeinrichtungen 74 können einer in der Nähe des Steuerfeldes 72 stehenden Person ermöglichen, die Gasreinheitsinformation zu beobachten. Das Steuerfeld 72 kann auch ein Benutzereingabefeld 76 enthalten, welches einer Bedienungsperson ermöglichen kann, weitere Eingaben an die faseroptischen Sensoren 34, Abfrageeinrichtungen 36 und/oder Anzeigeeinrichtungen 74 zu liefern. Beispielsweise kann das Benutzereingabefeld 76 der Bedienungsperson ermöglichen, Einrichtung oder Einstellungen von irgendeiner der Komponenten des Steuerfeldes 72 zu ändern. Die Anordnung der faseroptischen Sensoren 34 in dem Steuerfeld 72 kann verschiedene Vorteile gegenüber der Anordnung der faseroptischen Sensoren 34 innerhalb des elektrischen Generators 18 bieten. Beispielsweise kann die Wartung oder Ersetzung der faseroptischen Sensoren 34 leichter sein, wenn sie in dem Steuerfeld 72 angeordnet sind, da die faseroptischen Sensoren 34 leichter zugänglich sind. Weitere Aspekte des elektrischen Generatorsystems 10 sind den vorstehend im Detail beschriebenen ähnlich.
3 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Generatorsystems 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemeinsame Elemente in 3 mit in 1 dargestellten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die dargestellte Ausführungsform stellt weitere Details des elektrischen Generators 12 und des Wasserstoffkühlmittelpfades 18 dar. Insbesondere kann der elektrische Generator 12 einen Stator 90 enthalten, welcher der stationäre Teil des elektrischen Generators 12 ist, und einen Rotor 92, welcher der rotierende Teil des elektrischen Generators 12 ist. Der Stator 90 kann in der Nähe des Außenumfangs des elektrischen Generators 12 angeordnet sein, und der Rotor 92 kann in der Nähe der Mittenachse des elektrischen Generators 12 angeordnet sein. Alternativ kann der Rotor 92 in der Nähe des Außenumfangs des elektrischen Generators 12 angeordnet sein und der Stator 90 kann in der Nähe der Mittenachse des elektrischen Generators 12 angeordnet sein. Zusätzlich kann der elektrische Generator 12 ein oder mehrere Lagerungssysteme 94 enthalten, die eine Drehung des Rotors 92 ermöglichen. Das Lagerungssystem 94 kann eine oder mehrere Dichtungen enthalten, um zur Verhinderung einer Leckage von Gas in den oder aus dem elektrischen Generator 12 beizutragen.
Der Stator 90, der Rotor 92 und/oder das Lagerungssystem 94 können jeweils einen oder mehrere Kühlkanäle 96 enthalten, welche dafür eingerichtet sein können, eine Zirkulation des Kühlmittels durch den elektrischen Generator 12 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform können die Kühlmittelkanäle 96 Rohrschlangen oder Windungen sein, die sich um die Komponenten herum, entlang den Komponenten hin und her oder in einer Kombination davon erstrecken. In einigen Ausführungsformen können sich die Kühlmittelkanäle 96 in Axial-, Umfangs- oder Radial-Richtungen in den Komponenten erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform kann der Wasserstoffkühlmittelpfad 18 einen sich durch den Stator 90 erstreckenden Statorkühlmittelpfad 98, einen sich durch den Rotor 92 erstreckenden Rotorkühlmittelpfad 100 und/oder einen sich durch das Lagerungssystem 94 erstreckenden Lagerungskühlungspfad 102 enthalten. Insbesondere kann in bestimmten Ausführungsformen der kühle Wasserstoff 24 an einem Ende des Stators 90, des Rotors 92 und/oder des Lagerungssystems 94 eintreten und an einem gegenüberliegenden Ende dieser Komponente des elektrischen Generators 12 austreten. Zusätzlich können die faseroptischen Sensoren 34 über den gesamten elektrischen Generator 12 verteilt angeordnet sein, um die Gasreinheiten des Stators 90, Rotors 92 und/oder Lagerungssystems 94 zu messen. Obwohl sie außerhalb des elektrischen Generators 12 in 3 dargestellt sind, können die faseroptischen Sensoren 34 innerhalb des elektrischen Generators 12 entlang dem Innenabschnitt des Wasserstoffkühlmittelpfades 18 in weiteren Ausführungsformen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein faseroptischer Reinheitssensor 34 mit dem Statorkühlmittelpfad 98 gekoppelt sein, ein faseroptischer Reinheitssensor 34 des Rotors kann mit dem Rotorkühlmittelpfad 100 gekoppelt sein, und ein faseroptischer Reinheitssensor 34 eines Lagers kann mit dem Lagerkühlmittelpfad 102 gekoppelt sein. Insbesondere kann ein erster faseroptischer Reinheitssensor 34 dafür eingerichtet sein, er eine erste Gasreinheit eines ersten Bereiches des elektrischen Generators 12 zu messen, und ein zweiter faseroptischer Reinheitssensor kann dafür eingerichtet sein, eine zweite Gasreinheit eines zweiten Bereichs des elektrischen Generators 12 zu messen. Weitere Aspekte des elektrischen Generatorsystems 10 sind ähnlich den vorstehend im Detail beschriebenen.
4 ist eine Teilquerschnittsansicht des elektrischen Generatorsystems 10. Gemeinsame Elemente in 4 mit in 1 und 3 dargestellten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform strömt der kühle Wasserstoff 24 durch einen oder mehrere Kühlkanäle 96, die durch den gesamten elektrischen Generator 12 hindurch angeordnet sind. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen der kühle Wasserstoff 24 zuerst zu dem Kühlmittelkanal 96 geleitet werden, der sich innerhalb des Rotors 92 und in der Nähe seiner Mittenachse befindet. Der kühle Wasserstoff 24 kann dann durch zusätzliche Kühlkanäle 96 radial nach außen geleitet werden, um eine Kühlung für den Rest des Rotors 92 bereitzustellen. In weiteren Ausführungsformen können weitere Kühlkanäle 96 in dem Stator 90 und/oder dem Lagerungssystem 94 angeordnet sein. Nach dem Passieren der Kühlmittelkanäle 96 kann der warme Wasserstoff 20 in einer oder mehreren Sammelleitungen 110 gesammelt werden, die sich in der Nähe des Umfangs des elektrischen Generators 12 befinden. Aus den Sammelleitungen 110 kann der warme Wasserstoff 20 zu dem Wasserstoffwärmetauscher 22 zurückkehren. Die Verwendung der Sammelleitungen 110 in bestimmten Ausführungsformen kann die Anzahl individueller Leitungen oder Kanäle reduzieren, um den warmen Wasserstoff 20 an den Wasserstoffwärmetauscher 22 zu transportieren. Weitere Aspekte des elektrischen Generatorsystems 10 sind ähnlich wie die vorstehend im Detail beschriebenen.
5 stellt eine Ausführungsform eines faseroptischen Reinheitssensors 34 dar, der mit den vorstehend im Detail beschriebenen elektrischen Generatorsystemen 10 verwendet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform enthält der Gasreinheitssensor 34 eine Lichtquelle 110, wie z. B. eine abstimmbare Breitbandlichtquelle in Lichtkommunikation mit einem zentralen Faserkern 112, der sich entlang einer Achse 114 erstreckt und ein Gitter mit periodisch moduliertem Brechungsindex enthält. Ein Gitter mit periodisch moduliertem Brechungsindex kann mittels eines Prozesses hergestellt werden, der ein Ultraviolett-(UV)-Licht und eine Phasenmaske verwendet, um ein Interferenzmuster auszubilden, welches dann auf den Faserkern 112 gestrahlt wird. Nachdem der Faserkern 112 für eine bestimmte Zeit belichtet wurde, bildet sich ein periodisches Brechungsgitter im Inneren des Faserkerns 112. Die hell belichteten Bereiche haben einen höheren Brechungsindex als dunkle Bereiche, die nicht durch UV-Licht belichtet wurden, sodass eine periodische Modulation ausgebildet wird. Eine Gitterstruktur mit periodisch moduliertem Brechungsindex kann effektiv einen kleinen Teil eines breitbandigen Lichtes bei einer Wellenlänge reflektieren, welche als eine Bragg-Resonanzwellenlänge λ bezeichnet wird, welche durch die Beziehung λ = 2nd definiert ist, wobei n ein effektiver Index des Faserkerns ist und d eine Gitterperiodizität ist. Es könne auch andere Verfahren zur Herstellung des Gitters mit periodisch moduliertem Brechungsindex verwendet werden.
In einer Ausführungsform weist der zentrale Faserkern 112 gemeinsam mit Germaniumdioxid (GeO₂)- und Fluor (F) dotiertes Siliziumdioxid auf und besitzt einen Durchmesser von angenähert 4 μm bis angenähert 9 μm. Die periodische Modulation kann auch eine apodisierte, geblazte, oder geblazte und apodisierte Modulation aufweisen, um beispielsweise eine geführte Kernmode-Kopplung zu den Mantelmodi zu erhöhen, indem eine Feldenergie eines geführten Mode an den Fasermantel abgegeben wird. In einer Ausführungsform weist das Gitter mit periodischem Brechungsindex eine Langperioden-Fasergitter-(LPG)-Struktur 116 auf, die um den Faserkern 112 herum positioniert ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein Fasermantel 118 in Umfangsrichtung um den Faserkern 112 herum angeordnet und hat in einer Ausführungsform einen Außendurchmesser von 125 μm und besteht aus reinem Siliziumdioxid. In einer Ausführungsform ist der Fasermantel 118 dafür eingerichtet, als ein Wellenleiter für die Lichtausbreitung durch den Faserkern 112 zu dienen. Die abstimmbare Breitbandlichtquelle 110 ist in einer Lichtverbindung mit dem optischen Faserkabel angeordnet und emittiert nahes Infrarotlicht, das durch den Faserkern 112 wandert.
In der dargestellten Ausführungsform ist eine mehrlagige Messschicht 120 mit Nanostruktur um den Fasermantel 118 der LPG-Struktur 116 herum angeordnet. Die Messschicht 120 kann auch als eine Beschichtung bezeichnet werden. Die Messschicht 120 ist dafür eingerichtet, effektiv die Kopplung des Modus des Fasermantels 118 an den Grundmodus des Faserkerns 112 beispielsweise durch eine Brechungsindexvariation, einen optischen Absorptionswechsel, eine Messmaterialspannungsänderung oder Kombination davon zu unterstützen. Die Messschicht 120 ist für bestimmte Gase empfindlich und/oder wird durch Wechselwirkungen damit aktiviert, die die Brechungsindexvariation, die Absorptionsänderung, die Messmaterialspannungsänderung oder eine andere Änderung induzieren. Beispielsweise kann die Messschicht 120 für das Wasserstoffgas 52, das CO2-Gas 54 oder andere Gase empfindlich sein. In einigen Ausführungsformen kann der faseroptische Reinheitssensor 34 eine erste Messschicht 120, die dafür eingerichtet ist, eine Detektion des Wasserstoffanteils 52 in Luft 58 zu ermöglichen, eine zweite Messschicht, die dafür eingerichtet ist, eine Detektion des Wasserstoffanteils 52 in CO₂ 54 und eine dritte Messschicht enthalten, die dafür eingerichtet ist, die Detektion des Anteils von CO₂ 54 in Luft 58 zu messen. Insbesondere kann der faseroptische Reinheitssensor 34 eine erste Messschicht 120 enthalten, die dafür eingerichtet ist, die Detektion des Wasserstoffanteils 52 zu ermöglichen, und eine zweite Messschicht, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines zweiten Gasanteils zu ermöglichen. In einer Ausführungsform enthält die Messschicht 120 einen mehrlagigen Messfilm mit Nanostruktur, welcher seine umgebende undurchlässige spiegelartige Oberfläche in eine durchlässigere Oberfläche bei einer Hydridausbildung auf dem mehrlagigen Messfilm mit der Nanostruktur nach Aussetzung an das Wasserstoffgas 52 ändert. Die Erzeugung des Hydrids ändert die Mantelmodusbegrenzung und den Kopplungswirkungsgrad so, dass die Übertragungswellenlänge und ihr Energieverlust des Fasergitter-basierenden Wasserstoffreinheitssensors 34 moduliert werden. Das modulierte Signal durchläuft dann das faseroptische Kabel 38 zu der Abfrageeinrichtung 36.
In einer speziellen Ausführungsform hat der Faser-Wasserstoffgas-Reinheitssensor 34 eine Länge entlang einer Längsachse 114 des optischen Faserkerns 112 von angenähert 10 mm bis angenähert 50 mm. Die LPG-Struktur 116 hat eine Länge entlang der Längsachse 114 von angenähert 10 mm bis angenähert 30 mm mit einem Manteldurchmesser von angenähert 0,05 mm bis angenähert 0,125 mm. Die LPG-Struktur 116 hat eine Modulation entlang der Längsachse 114 mit einer Rastergröße von angenähert 0,1 μm bis angenähert 0,6 μm. Die LPG-Struktur 116 ist dafür eingerichtet, effektiv Grundmodusenergie an die Modi des Fasermantels 118 mit apodisiertem oder geblaztem Brechungsindexmodulationsprofil abzugeben. Wenn der Brechungsindex des Messmaterials der Messschicht 120 niedriger als der des Fasermantels 118 ist, werden die Modi des Fasermantels 118 durch Messen von Material/Mantel- und Faserkernschnittstellen geführt. Partiallichtenergie dissipiert in das Messmaterial durch ein abklingendes Feld, während die Mantelmodi teilweise die Energie in die Messbeschichtungsschicht als Strahlungsmodi dissipieren.
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 150, der von dem Steuersystem 40 verwendet werden kann, um eine Ausführungsform des elektrischen Generators 12 zu betreiben. In einem ersten Schritt 152 werden Sensordaten aus wenigstens einem faseroptischen Sensor 34, der entlang dem Gaskühlmittelpfad, wie z. B. dem Wasserstoffkühlmittelpfad 18 angeordnet ist, der durch eine Rotationsmaschine, wie z. B. den elektrischen Generator 12 strömt, erhalten. Der optische Sensor kann nicht nur den faseroptischen Reinheitssensor 34 enthalten, sondern auch einen faseroptischen Drucksensor, einen faseroptischen Temperatursensor, einen faseroptischen Durchflussratensensor und andere faseroptische Sensoren. In einem Schritt 154 werden die Daten des optischen Sensors analysiert, um eine Zusammensetzung des Gaskühlmittels zu bestimmen. Die Zusammensetzung des Gaskühlmittels kann die Reinheit des Gases (z. B. Wasserstoff) und die Anteile von Verunreinigungen (z. B. Sauerstoff, Stickstoff, usw.) in dem Gaskühlmittel beinhalten. In einem Schritt 156 wird die Kühlmittelreinheit mit einem ersten Schwellenwert verglichen, welcher auf einen Pegel festgelegt sein kann, um zur Vermeidung von Koronarentladungen beizutragen, oder um zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Rotationsmaschine beizutragen. Der erste Schwellenwert kann als ein ”Niedrig-Niedrig”-Pegel bezeichnet werden. Wenn die Kühlmittelreinheit über dem ersten Schwellenwert liegt, geht der Prozess 150 zu einem Schritt 160 über, in welchem die Kühlmittelreinheit mit einem zweiten Schwellenwert oder ”Niedrig”-Pegel verglichen wird. Wenn die Kühlmittelreinheit über dem zweiten Schwellenwert liegt, kehrt der Prozess 150 zu dem Schritt 152 zurück, um weitere Sensordaten zu gewinnen. Wenn die Kühlmittelreinheit unter dem zweiten Schwellenwert liegt, wird dann in einem Schritt 162 ein Teil des Gaskühlmittels abgelassen und neues Gaskühlmittel (z. B. Wasserstoff) hinzugefügt, um zur Erhöhung der Gasreinheit beizutragen. Mit anderen Worten, ein Teil des Wasserstoffkühlmittels mit einem gemessenen Wasserstoffreinheitspegel unter dem zweiten Schwellenwert wird beseitigt und ein Wasserstoffkühlmittel höherer Reinheit mit einem Wasserstoffreinheitspegel, der wesentlich größer als der zweite Schwellenwert ist, zugeführt. Der Schritt 162 kann durch die Reinheitssteuerung 43 erreicht werden, die eine geeignete Steuerungsfunktion initiiert. Durch Ablassen eines Teils des Gaskühlmittels können Verunreinigungen in dem gereinigten Gaskühlmittel entfernt und durch das neue Gaskühlmittel verdrängt werden. Von dem Schritt 162 kehrt der Prozess 150 zu dem Schritt 152 zurück, um weitere Sensordaten zu erhalten.
Zurückkehrend zu dem Schritt 156 geht, wenn die Kühlmittelreinheit unter dem ersten Schwellenwert liegt, der Prozess 150 zu einem Schritt 164 über, in welchem das Gaskühlmittel aus der Rotationsmaschine abgelassen und ein flammwidriges Gas (z. B. CO₂) zugeführt wird, um die Reinheit des Gaskühlmittels zu verringern. Somit verdrängt das flammwidrige Gas in dem Schritt 164 das Gaskühlmittel. Beispiele von flammwidrigem Gas umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, CO₂, Stickstoff, Argon, inerte Gase, Edelgase oder eine beliebige Kombination davon. In einem Schritt 168 wird die Reinheit des Gaskühlmittels mit einem dritten Schwellenwert verglichen, welcher auf einen Pegel festgelegt sein kann, der zur Sicherstellung beiträgt, dass der größte Teil des Gaskühlmittels aus der Rotationsmaschine entfernt worden ist. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der dritte Schwellenwert angenähert 5 Prozent Wasserstoff in CO₂ sein. Wenn die Reinheit des Gaskühlmittels größer als der zweite Schwellenwert ist, kehrt der Prozess 150 zu dem Schritt 164 zurück, um das Ausblasen des Gaskühlmittels mit dem flammwidrigen Gas fortzusetzen. Wenn die Gaskühlmittelreinheit unter dem zweiten Schwellenwert liegt, kann dann in einem Schritt 170 das flammwidrige Gas und jedes restliche Gaskühlmittel mit Luft ausgeblasen werden. Nachdem das Gaskühlmittel und das flammwidrige Gas ausreichend aus der Rotationsmaschine ausgeblasen sind, geht der Prozess 150 zu einem Schritt 172 über, in welchem eine Wartung an der Rotationsmaschine durchgeführt werden kann, um Probleme zu ermitteln und Reparaturen auszuführen. Nach Abschluss der Reparaturen an der Rotationsmaschine kann der vorstehende Prozess im Wesentlichen in umgekehrter Weise ausgeführt werden, um die Rotationsmaschine in Betrieb zu nehmen. Insbesondere kann das flammwidrige Gas die Luft in der Rotationsmaschine verdrängen. Anschließend kann das Kühlgas das flammwidrige Gas verdrängen, bis die Reinheit des Kühlgases den zweiten Schwellenwert übersteigt. An diesem Punkt kann die Rotationsmaschine erneut gestartet werden.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Ein System enthält einen elektrischen Generator 12 mit einem Stator 90, einem Rotor 92 und einem Gaskühlmittelpfad 18 durch einen Innenbereich des elektrischen Generators 12 und wenigstens einem faseroptischen Reinheitssensor 34, der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit eines Stroms eines Gaskühlmittels 52 durch den Gaskühlmittelpfad 18 zu messen.
Bezugszeichenliste

10: elektrisches Generatorsystem
12: elektrischer Generator
14: Maschine
16: Antriebswelle
18: Wasserstoffkühlmittelpfad
20: warmer Wasserstoff
22: Wasserstoffwärmetauscher
24: kühler Wasserstoff
26: warmes Kühlmittel
28: Kühlmittelwärmetauscher
30: kaltes Kühlmittel
32: Wasserstoffkühlsystem
34: faseroptische Sensoren
36: Abfrageeinrichtung
38: faseroptisches Kabel
40: Steuersystem
42: Signal
43: Reinheitssteuerung
44: Maschinensteuerung
46: Generatorsteuerung
48: Kühlungssteuerung
50: Ausgangssignale
51: Gassteuervorrichtung
53: Steuerventile
52: Wasserstoff
54: Kohlendioxid (CO₂)
56: Auslass
58: Luft
70: Gasprobennahmerohr
72: Steuerfeld
74: Anzeigeeinrichtungen
76: Benutzereingabefeld
90: Stator
92: Rotor
94: Lagerungssysteme
96: Kühlmittelkanäle
98: Statorkühlmittelpfad
100: Rotorkühlmittelpfad
102: Lagerkühlmittelpfad
110: Sammelrohre
112: zentraler Faserkern
114: Achse
116: Langperioden-Fasergitter-(LPG)-Struktur
118: Fasermantel
120: mehrlagige Messschicht 120 mit Nanostruktur
150: von dem Steuersystem genutzter Prozess zum Betreiben des Generators
152: Schritt zum Erhalten von Sensordaten
154: Schritt zum Analysieren von Sensordaten
156: Schritt zum Vergleichen der Reinheit mit erstem Schwellenwert
160: Schritt zum Vergleichen der Reinheit mit zweitem Schwellenwert
162: Schritt zum Ablassen des Gaskühlmittels
164: Schritt zum Ablassen des Gaskühlmittels
168: Schritt zum Vergleichen der Reinheit mit drittem Schwellenwert
170: Schritt zum Ablassen mit Luft
172: Schritt zum Durchführen von Wartung

Claims

System, aufweisend: einen elektrischen Generator (12) mit einem Stator (90), einem Rotor (92) und einem Gaskühlmittelpfad (18) durch einen Innenbereich des elektrischen Generators (12); und wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor (34), der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit eines Stroms eines Gaskühlmittels (52) durch den Gaskühlmittelpfad (18) zu messen.
System nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) aufweist: einen Faserkern (112); eine Gitterstruktur (116) mit periodisch moduliertem Brechungsindex, die um den Faserkern (112) herum angeordnet ist; einen Fasermantel (118), der um die Gitterstruktur (116) mit periodisch moduliertem Brechungsindex positioniert ist; und einen mehrlagigen Messfilm (120), der um den Fasermantel (118) herum positioniert ist, wobei der mehrlagige Messfilm (120) eine modulierte Struktur aus mehreren Materiallagen mit hohem Brechungsindex und niedrigem Brechungsindex aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) eine erste Beschichtung (120), die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Luft (58) zu ermöglichen, eine zweite Beschichtung (120), die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Kohlendioxid (54) zu ermöglichen, und eine dritte Beschichtung (120) aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Kohlendioxidpegels in Luft (58) zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, wobei der Gaskühlmittelpfad (18) einen Rotorkühlmittelpfad (100) aufweist, der sich durch den Rotor (92) hindurch erstreckt, und der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) einen faseroptischen Reinheitssensor (34) des Rotors aufweist, der mit dem Rotorkühlmittelpfad (100) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Gaskühlmittelpfad (18) einen Statorkühlmittelpfad (98) aufweist, der sich durch den Stator (90) hindurch erstreckt, und der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) einen faseroptischen Reinheitssensor (34) des Stators aufweist, der mit dem Statorkühlmittelpfad (98) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Gaskühlmittelpfad (18) einen Lagerungskühlmittelpfad (102) aufweist, der sich durch ein Lagerungssystem (94) hindurch erstreckt, und der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) einen faseroptischen Reinheitssensor (34) der Lagerung aufweist, der mit dem Kühlmittelpfad der Lagerung (102) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, das ein Steuerfeld (72) mit dem wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor (34) aufweist, wobei der Gaskühlmittelpfad (18) eine externe Gaskühlmittelleitung (70) aufweist, die sich von dem elektrischen Generator (12) zu dem Steuerfeld (72) erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei der Gaskühlmittelpfad (18) einen internen Gaskühlmittelkanal (96) in dem elektrischen Generator (12) aufweist, und der wenigstens eine faseroptische Sensor (34) entlang dem internen Gaskühlmittelkanal (96) angeordnet ist.
System, aufweisend: Ein Gasreinheits-Steuerungssystem (40), das eine Reinheitssteuerung (43) aufweist und wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor (34), der dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheit zu messen.
System nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) aufweist: einen Faserkern (112); eine Gitterstruktur (116) mit periodisch moduliertem Brechungsindex, die um den Faserkern (112) herum angeordnet ist; einen Fasermantel (118), der um die Gitterstruktur (116) mit periodisch moduliertem Brechungsindex positioniert ist; und einen mehrlagigen Messfilm (120), der um den Fasermantel (118) herum positioniert ist, wobei der mehrlagige Messfilm (120) eine modulierte Struktur aus mehreren Materiallagen mit hohem Brechungsindex und niedrigem Brechungsindex aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (34) eine erste Beschichtung (120), die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Luft (58) zu ermöglichen, eine zweite Beschichtung (120), die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Wasserstoffpegels in Kohlendioxid (54) zu ermöglichen, und eine dritte Beschichtung (120) aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Detektion eines Kohlendioxidpegels in Luft (58) zu ermöglichen.
System nach Anspruch 9, welches eine Rotationsmaschine aufweist, die einen internen Gaskanal (96) aufweist, der sich durch einen Innenbereich der Rotationsmaschine erstreckt, und wobei der interne Gaskanal das Gas aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei die Reinheitssteuerung (43) dafür eingerichtet ist, eine Steuerfunktion zu initialisieren, um die Gasreinheit zu erhöhen, wenn ein gemessener Pegel unter einem Schwellenwertpegel der Gasreinheit liegt.
System nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine faseroptische Reinheitssensor (32) einen ersten faseroptischen Reinheitssensor (32), der dafür eingerichtet ist, eine erste Gasreinheit eines ersten Bereichs einer Maschine zu messen, und einen zweiten faseroptischen Reinheitssensor (32) aufweist, der dafür eingerichtet ist, eine zweite Gasreinheit eines zweiten Bereichs der Maschine zu messen.
System nach Anspruch 9, wobei das Reinheitssteuerungssystem (43) eine Abfrageeinrichtung (36) und eine Anzeigeeinrichtung (74) aufweist, wovon die Abfrageeinrichtung (36) dafür eingerichtet ist, eine Gasreinheitsinformation auf der Basis eines Signals (42) aus dem wenigstens einen faseroptischen Reinheitssensor (32) zu ermitteln, und die Anzeigeeinrichtung (74) dafür eingerichtet ist, die Gasreinheitsinformation auszugeben.