JP2005261003A

JP2005261003A - 回転電機の固定子冷却水供給装置

Info

Publication number: JP2005261003A
Application number: JP2004064935A
Authority: JP
Inventors: Aritoshi Nishikawa; 有俊西川; Tetsuhiro Fujita; 鉄博藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP4373818B2

Abstract

【課題】回転電機の固定子冷却水の水中酸素を水素ガス置換して冷却する固定し冷却水供給装置の水素ガス置換が、簡単なバルブ操作で行うことができる回転電機の冷却水供給装置を提供する。
【解決手段】回転電機の冷却水供給装置の構成を、貯水槽に水素ガス供給手段とガス放出手段および冷却水の水中酸素濃度計を備え、水中酸素濃度計が検出した貯水槽内の冷却水中の溶存酸素量が管理値を越えたとき、管理値以下になるまで貯水槽内に水素ガス供給手段により水素ガスを供給し、ガス放出手段により貯水槽内のガスを放出することによって水素置換する構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、発電機などの回転電機の固定子巻線に冷却水を供給する回転電機の固定子冷却水供給装置に関するものである。

大容量の発電機などの水冷却式の回転電機は、機内に水素ガスを封入し、固定子巻線は中空の銅管で構成された巻線内に冷却水を循環させる構成となっており、巻線には発電される電圧が加わるために循環させる冷却水は、電気抵抗が大きな純水が使用されている。一般的に水に対する酸素の飽和量は常温で８ｐｐｍ程度であり、そのような冷却水を巻線に循環させると、冷却水中の溶存酸素は銅管で構成された固定子巻線の内面を酸化させることにより消費されて少なくなり、溶存酸素量が１ｐｐｍ以下の状態になると、銅管内面には酸化第一銅が生成し、酸化第一銅は剥離しやすいので、生成された酸化第一銅が剥離して冷却水流路や冷却水流路に設けられたフィルタに堆積し、冷却水の流れが阻害される問題点がある。

水冷却式回転電機の冷却水供給装置の例として、例えば特許文献１に示されている。
この構成は、固定子巻線に流す冷却水の溶存酸素量を多くして、生成される酸化銅が組織的に強固で剥離しにくい酸化第二銅が生成されるようにしたものである。

特許文献１に示された構成は、特許文献１の図１に示されているように、発電機の固定子巻線を冷却する冷却水は、貯水槽からポンプ、冷却器、フィルタ、溶存酸素測定器、固定子巻線を経由して貯水槽に戻るように冷却水流路を形成し、冷却水を供給する流路の酸素濃度計により水中溶存酸素濃度を測定し、水中溶存酸素が１ｐｐｍ以上となるように酸素ボンベから酸素ガスを供給する構成としている。冷却水中の水中溶存酸素濃度を１ｐｐｍ以上に調整したことにより、コイル銅管の内面に酸化第二銅が生成し、これが維持されることによりコイル銅管の内面腐食が抑制されるというものである。

また、特許文献２には、水冷電機の固定子巻線を銅管で構成し、銅管巻線の内径部に冷却水を循環させて冷却する構成が示され、冷却水循環回路には、バラジウム触媒を持つ脱酸装置が接続され、水素ガスを飽和させる水素ガス源が接続された構成となっている。
この構成では冷却水中に水素を溶解飽和させ、バラジウム触媒層において溶解酸素が水素と結合して水になる反応を促進させ、冷却水中の溶存酸素量が少なくなり、銅管巻線の腐食の進行が防止できる構成である。

特開平９−２８９７５０号公報特開昭５０−５０６０４号公報

特許文献１に示された冷却水供給装置は、冷却水中の溶存酸素量を１ｐｐｍ以上に調整して銅管コイル内面の腐食の進行を抑える構成であるが、運転中の酸素の供給が止まると溶存酸素が銅管巻線内面の酸化に消費されて溶存酸素量が少なくなり、銅管内面には酸化第一銅が生成し、酸化第一銅は剥離し易いために、酸化第一銅の生成、剥離を繰り返すこととなり、腐食が進行するとともに、冷却水流路に堆積して冷却水の流れが阻害されることとなるので溶存酸素量は常に１ｐｐｍ以上になるように酸素を供給し続けなければならない問題点がある。
また、特許文献２の構成では、貯水槽には水素を供給し、パラジウム触媒を持つ脱酸装置が必要であり、装置として複雑になって製作コストが高くなる問題点がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、冷却水供給装置の貯水槽の気相部に水素を充満させ、冷却水中の溶存酸素を水素に置換して銅管で形成された固定子巻線が酸化しないように構成したものである。

この発明に係る回転電機の冷却水供給装置は、貯水槽に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と貯水槽内のガスを放出するガス放出手段および冷却水の水中酸素濃度計を備え、上記水中酸素濃度計が検出した上記貯水槽内の冷却水中の溶存酸素量が管理値を越えたとき、管理値以下になるまで貯水槽内に水素ガスを水素ガス供給手段により供給し、ガス放出手段により貯水槽内のガスを放出することによって水素置換するものである。

この発明によれば、貯水槽内に水素ガスを供給する供給手段およびガス放出手段を備えた構成としたので、冷却水中の溶存酸素を水素に置換する水素置換作業が簡単なバルブ操作で行うことができる。また、自動的に行われるように構成することも容易であり、水素置換後は銅管で形成された固定子巻線の酸化がなく、回転電機の安定運転を可能にする。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の回転電機の固定子冷却水供給装置の構成図である。この構成は固定子冷却水を貯水する貯水槽１０と、貯水槽１０から回転電機１の固定子巻線２に固定子冷却水を供給するポンプ１２および冷却水を冷却する冷却器１３が接続された冷却水供給管１１と、回転電機１の固定子銅管巻線２を冷却した冷却水を集合する集合管３を経由して貯水槽１０に帰還させる冷却水戻り管１４と、貯水槽に冷却水を給水する冷却水給水弁１５と、貯水槽１０の水位を適正水位に制御する水位制御手段１６とで冷却水循環流路が形成されている。

水素ガス供給手段２０は、水素ガス貯蔵源（図示していない）に接続された水素ガス取入管２１に水素ガス供給弁２２を接続し、水素ガス供給弁２２から水素ガス供給管２３により貯水槽１０に接続された構成である。水素ガス供給管２３にはＴ分岐してドレン管２７が接続されその先端のドレン弁２８が接続されており、水素ガス供給管２３にドレンがたまった場合には排出できるようになっている。
貯水槽１０内の圧力が異常に上昇したときには、水素ガス放圧管２４を通って圧力調整弁２５から放圧ガス接続管２６によりガス放圧管に至る経路で放出される。

貯水槽１０内の酸素濃度が高くなった場合のガス放出手段３０は、水中酸素濃度計３１と、貯水槽１０に接続されたガス導出管３２と、ガス放出弁３３と、ガス放出管３４で構成されている。ガス放出管３４にはＴ分岐してドレン管３５が接続され、その先端のドレン弁３６が接続されており、ガス放出管３４にドレンがたまった場合には排出できるようになっている。
貯水槽１０の酸素濃度は常時水中酸素濃度計３１により測定され、供給された水素ガスが貯水槽１０内の冷却水中の酸素と置換されて、貯水槽１０内の冷却水の水中酸素濃度が管理値を越えた場合には、ガス放出弁３３を解放して貯水槽内ガスを放出し、水素ガス供給手段２０により新しい水素ガスを供給して水素置換作業を行うことができる。

このように回転電機１の固定子冷却水を供給する固定子冷却水給水装置を、貯水槽１０内に水素ガスを供給する水素ガス供給手段２０およびガス放出手段３０を備えた構成としたことにより、冷却水中の溶存酸素を水素に置換する水素置換作業が簡単なバルブ操作で行うことができる。

また、水素ガス供給弁２２およびガス放出弁３３を電磁弁とし、水中酸素濃度計３１により検出した酸素濃度により水素ガスの供給と、貯水槽１０の置換されたガスの放出が自動的に行えるようにすると、水素ガス置換するための作業員を充当することなく、自動的に行うことができる。水素置換後は固定子巻線の酸化がなく、回転電機の安定運転を可能にする。また、水素ガス置換は、回転電機の運転開始前の温度上昇しない状態で行っておくと、固定子巻線２の酸化が軽減できる。

実施の形態２．
実施の形態２の固定子冷却水供給装置の構成を図２に示す。実施の形態１では、水素ガスの供給を貯水槽１０の気相部に供給する構成としていたために、水素ガスが水面の拡散による置換であり、置換する時間が長くなる問題点があった。
実施の形態２では、水素ガスを貯水槽１０の液相部に注入するように構成したものであり、その構成を図２に示す。図２の構成は、図１における水素ガス供給手段２０の水素ガス供給管２３の先端が貯水槽１０の液相部になるようにした水素ガス供給管４３に変えたものである。その他の部分は図１と同一である。

このように水素ガスを貯水槽１０の液相部に供給する構成にすると、水素ガスはバブリング供給となり、酸素との置換時間が短時間で行うことができるようになる。またこの構成においても、水素ガス供給弁２２およびガス放出弁３３を電磁弁とし、水中酸素濃度計３１により検出した酸素濃度により水素ガスの供給と、貯水槽１０の置換されたガスの放出が自動的に行えるようにすると、水素ガス置換するための作業員を充当することなく、自動的に行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、貯水槽１０への水素ガスを気相中の酸素ガス濃度を検出し、その濃度が管理値を越えたときに水素ガスが供給されるように構成したものである。その構成を図３に示す。図３の構成は、実施の形態１の図１の構成の水中酸素濃度計３１を気相中の酸素濃度を検出する気中酸素濃度計５１としたものである。その他の構成は図１と同一である。気中酸素濃度計は構造が簡単であり、装置として安価に構成することができる。また、水素ガス置換するための作業員を充当することなく、自動的に行う構成が容易に構成することができる。

実施の形態１の回転電機の固定子冷却水供給装置の構成図である。実施の形態２の回転電機の固定子冷却水供給装置の構成図である。実施の形態３の回転電機の固定子冷却水供給装置の構成図である。

符号の説明

１回転電機、２固定子巻線、３集合管、１０貯水槽、１１冷却水供給管、
１２循環ポンプ、１３冷却器、１４冷却水戻り管、１５冷却水給水弁、
１６水位制御手段、１７排水弁、２０水素ガス供給手段、２１水素ガス取入管、
２２水素ガス供給弁、２３水素ガス供給管、２４水素ガス放圧管、
２５圧力調整弁、２６放圧ガス接続管、３０ガス放出手段、
３１水中酸素濃度計、３２ガス導出管、３３ガス放出弁、３４ガス放出管、
４０水素ガス供給手段、４３水素ガス供給管、５０水素ガス供給手段、
５１気中酸素濃度計。

Claims

貯水槽と、冷却水を回転電機の固定子巻線に供給する循環ポンプおよび冷却器を備えた冷却水供給流路と、上記回転電機の固定子巻線から上記貯水槽に帰還させる冷却水戻り流路と、上記貯水槽の水位を制御する水位制御手段と、水素ガス貯蔵源に接続され、上記貯水槽に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、上記貯水槽内部からガスを放出するガス放出手段と、上記貯水槽内の冷却水の溶存酸素量を検出する水中酸素濃度計とを備え、上記水中酸素濃度計が検出した溶存酸素量が管理値を越えたとき、管理値以下になるまで上記貯水槽内に上記水素ガス供給手段により水素ガスを供給し、上記ガス放出手段により上記貯水槽内ガスを放出することによって水素置換することを特徴とする回転電機の固定子冷却水供給装置。
上記水素ガス供給手段の供給口は上記貯水槽の液相部に位置していることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子冷却水供給装置。
上記水素ガス供給手段の水素ガス供給弁およびガス放出手段のガス放出弁は電磁弁とし、上記水中酸素濃度計が検出した水中酸素濃度により、上記水素ガス供給手段からの水素ガスの供給およびガス放出手段からのガス放出を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転電機の固定子冷却水供給装置。
上記貯水槽内の気相部に気中酸素濃度検出手段を備え、上記水素ガス供給手段のガス供給弁およびガス放出手段のガス放出弁は電磁弁とし、上記気中酸素濃度検出手段が検出した気中酸素濃度により、上記水素ガス供給手段からの水素ガスの供給およびガス放出手段からのガス放出を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転電機の固定子冷却水供給装置。
上記貯水槽内の水素置換は、回転電機の運転前に行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回転電機の固定子冷却水供給装置。