JP2009159705A

JP2009159705A - 回転電機の水素ガス制御装置

Info

Publication number: JP2009159705A
Application number: JP2007333646A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nishiyama; 義雄西山; Masamochi Azuma; 正望東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】水素ガス積算流量計を設置することなしに、回転電機への水素ガス補充量を計測することのできる回転電機の水素ガス制御装置を提供する。
【解決手段】水素ガスが封入された回転電機１と、水素ガスが充填された容器７から回転電機１に水素ガスを供給するための開閉弁３と、回転電機１内の水素ガスの圧力を計測するための圧力計１０と、回転電機１内の水素ガスの温度を計測するための温度センサ１１とを設け、演算装置１２は水素ガス補充前の開閉弁３が開になる前と、水素ガス補充後の開閉弁３が閉になった後とにおける圧力計１０及び温度センサ１１の測定値に基づいて回転電機１への水素ガス補充量を演算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の水素ガス制御装置に関するものであり、特に回転電機に対する水素ガス補給量を、水素ガス流量計を用いずに計測し、監視するための装置に関するものである。

水素は空気に比べ冷却性能が優れ、また密度も小さいので流体摩擦損が小さいため、大型の回転電機の冷却媒体として広く採用されている。一般に水素は回転電機のハウジング内に、０．２〜０．５ＭＰａの圧力で封入されている。

このため、回転電機は水素ガスの漏洩を防止するため気密構造となっており、また回転軸が貫通するハウジング両端部には軸封部を設置して、密封油と呼ばれる圧油を供給することにより、水素ガスを回転電機内に密閉している。

しかしながら、一部の水素ガスは気密構造部から漏洩したり、あるは密封油に溶解することにより、ハウジング外に持ち出されるので、ハウジング内の水素ガスの圧力は徐々に低下する。

水素ガスの圧力は回転電機の冷却性能を維持するために、ほぼ一定の値に保持されなければならないので、回転電機の運転中は水素ガスを常に補充する必要がある。この水素ガスの補充量は気密部からの水素ガスの異常漏洩を監視するため、常に計測，監視する必要がある。

従来においては、タービン発電機などの回転電機に水素ガスを供給するための配管において、水素ガス補充量を計測するための積算流量計を設置することにより水素ガス補充量を測定したものがあった。このような従来の装置においては、補充された水素ガスの量は水素ガス供給配管途中に設置された水素ガス積算流量計の指示を読み取ることにより求められていた。

又回転電機内のガス温度センサ及びガス圧センサと、水素ガス供給系統にバルブを介して接続された定圧タンクに設けられた温度センサと、この定圧タンク内圧力と回転電機内圧力との差圧をとる差圧センサと、これらそれぞれのセンサからの情報により水素ガス消費量を計算し、異常漏洩を検知する演算処理装置とから構成された水素ガス漏洩監視装置があった。

このように構成されたものにおいては、回転電機の水素ガス供給系統に設けられたセンサからの信号を基に判断する第一監視装置と、回転電機本体に設けられたセンサからの信号を基に判断する第二監視装置により、水素ガスの漏洩を二重に検知することにより、一方の監視装置に異常が生じても、異常漏洩を正確に知ることが出来るようにするものである（特許文献１参照）。

特開昭６３−１７１１３８号公報

従来の回転電機は以上のように構成されているので、既設の回転電機における水素ガス供給配管上に水素ガス積算流量計を設置する場合、水素ガス供給配管中の水素ガスを完全に抜いてから配管を改造するとともに、水素ガス積算流量計を設置しなければならず、作業が煩雑になるとともに、構造も複雑になるという問題点があった。

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、水素ガス積算流量計を設置することなしに、回転電機への水素ガス補充量を計測することができる回転電機の水素ガス制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の水素ガス制御装置は、水素ガスが封入された回転電機と、水素ガスが充填された容器から回転電機に水素ガスを供給するための開閉弁と、回転電機内の水素ガスの圧力を計測するための圧力計と、回転電機内の水素ガスの温度を計測するための温度センサとから構成されるものであって、水素ガス補充前の開閉弁が開になる前と、今回又は前回の水素ガス補充後の開閉弁が閉になった後とにおける圧力計及び温度センサの測定値に基づいて回転電機への水素ガス補充量を演算する演算装置を設けたものである。

この発明に係る回転電機の水素ガス制御装置によれば、水素ガスが封入された回転電機と、水素ガスが充填された容器から回転電機に水素ガスを供給するための開閉弁と、回転電機内の水素ガスの圧力を計測するための圧力計と、回転電機内の水素ガスの温度を計測するための温度センサとから構成されるものであって、水素ガス補充前の開閉弁が開になる前と、今回又は前回の水素ガス補充後の開閉弁が閉になった後とにおける圧力計及び温度センサの測定値に基づいて回転電機への水素ガス補充量を演算する演算装置を設けたので、水素ガス積算流量計を設置することなしに、回転電機への水素ガス補充量を計測することができるようになる。

実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図である。本発明による回転電機の水素ガス制御装置は、タービン発電機などの回転電機１，この回転電機１に水素ガスを供給するための配管２，水素ガスを補充するための開閉弁３，水素ガスを補充するための開閉弁３の開閉位置を検出するためのリミットスイッチ４，水素ガスを補充するための開閉弁３を操作する電磁弁５，水素ガスボンベ内部の圧力よりも低い所定の圧力に減圧するための減圧弁６，水素ガスが充填された容器７，供給される水素ガスの圧力計８，容器７内の水素ガスの圧力を測定するための圧力計９，回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力を測定するための圧力計１０，回転電機ハウジング内の水素ガスの温度を測定するための温度センサ１１，及び水素ガス補充量を算出するとともに表示する演算装置１２とから構成されている。

水素ガスを補充する際には、減圧弁６によって、配管２内の水素ガスの圧力を回転電機ハウジング内の圧力よりやや高い値に設定し、回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力が低下したとき、電磁弁５を励磁して、水素ガスを補充するための開閉弁３を開き、回転電機ハウジング内の水素ガス圧力が所定の圧力に達したら、開閉弁３を閉じるようにする。

水素ガスを補充するための回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力を圧力計１０により測定するとともに、水素ガスの温度を温度センサ１１により測定し、これらの値を演算装置（ＣＰＵ）１２に入力することにより、演算装置１２は開閉弁３による一回の開閉における水素ガスの補充量を算出するとともに表示する。

回転電機ハウジング内の水素ガス圧力が規定値より低下した場合には、圧力計１０の出力信号が演算装置１２に入力され、演算装置１２は開閉弁３を操作する電磁弁５を励磁することにより、あるいは手動で水素ガスを補充するための開閉弁３を開く。

水素ガスを補充するための開閉弁３が開いたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の開信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『開』信号を受信したときの回転電機ハウジング内の水素ガス圧力Ｐ１及び水素ガス温度Ｔ１を圧力計１０及び温度センサ１１からの信号を受け取ることにより記録する。

回転電機ハウジング内に水素ガスが補充され、回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力が所定の値に到達したら、圧力計１０の出力信号が演算装置１２に入力され、演算装置１２は開閉弁３を操作する電磁弁５の励磁を遮断することにより、あるいは手動で水素ガスを補充するための開閉弁３を閉じる。

水素ガスを補充するための開閉弁３が閉じたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の閉信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『閉』信号を受信したときの回転電機ハウジング内の水素ガス圧力Ｐ２及び水素ガス温度Ｔ２を圧力計１０及び温度センサ１１からの信号を受け取ることにより記録する。

上記の値から、演算装置１２は気体の状態方程式から導かれる下記式を用いて開閉弁３の開閉前後の水素ガス補充量を算出する。

Ｈｓ：開閉弁開閉一回毎の水素ガス補充量（Ｎｍ^３：Ｎはノルマルの略）
Ｖｇ：回転電機ハウジング内の容積（ｍ^３）
Ｐ１：開閉弁３を開いた直後における回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力(ＭＰａ)
Ｐ２：開閉弁３を閉じた直後における回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力(ＭＰａ)
Ｔ１：開閉弁３を開いた直後における回転電機ハウジング内の水素ガスの温度（℃）
Ｔ２：開閉弁３を閉じた直後における回転電機ハウジング内の水素ガスの温度（℃）

上記式によって求めた水素ガス補充量を演算装置１２において表示するとともに、更に演算装置１２は１日当りの水素ガス補充量も算出して表示する。上記のように構成することにより、水素ガス積算流量計を設置することなしに、回転電機への水素ガス補充量を計測し、一日毎あるいは一定期間毎に水素ガス補充量を計測して示すことができ、更に水素ガス補充量が非常に多い場合には回転電機ハウジングから異常に水素ガスが漏洩していることがわかる。

実施の形態２．
上記実施の形態１においては、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの回転電機ハウジング内の圧力変化及び温度変化から水素ガスの補充量を算出する場合について述べたが、本実施形態においては、水素ガスを補充するための開閉弁３が『閉』から『開』になるまでの回転電機ハウジング内の圧力変化及び温度変化から、実施の形態１で示した算出式によって回転電機ハウジング内から排出された水素ガス量を算出し、これを水素ガス補充量とするものである。

即ち回転電機ハウジング内に水素ガスが補充され、開閉弁３が閉じたときの回転電機ハウジング内の水素ガス圧力Ｐ２及び温度Ｔ２を記録するとともに、回転電機ハウジング内の水素ガスの圧力が規定値より低下したときの開閉弁３を開く直前の水素ガス圧力Ｐ１及び温度Ｔ１を記録し、実施の形態１で示した式によって同様に水素ガス補充量Ｈｓを求めるのである。

開閉弁３を開くときの圧力及び温度並びに閉じたときの圧力及び温度が同じであれば、実施の形態１で求めた値と実施の形態２で求めた値は理論的に同一となり、実施の形態１で求めた水素ガス補充量の精度と同様に精度を高めることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１においては、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの回転電機ハウジング内の圧力変化及び温度変化から水素ガスの補充量を算出する場合について述べたが、本実施形態においては、水素ガスが充填された容器７の圧力及び温度を演算装置１２に入力し、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの水素ガスが充填された容器７の圧力変化及び温度変化より水素ガスの補充量を算出し、演算装置１２に表示するものである。

図２はこの発明の実施の形態３による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図であり、図において、容器７には容器７内の水素ガスの温度を測定するための温度センサ１３が取り付けられている。

水素ガスを補充するための開閉弁３が開いたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の開信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『開』信号を受信したときの容器７内の水素ガス圧力Ｐ３及び水素ガス温度Ｔ３を圧力計９及び温度センサ１３からの信号を受け取ることにより記録する。

水素ガスを補充するための開閉弁３が閉じたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の閉信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『閉』信号を受信したときの容器７内の水素ガス圧力Ｐ４及び水素ガス温度Ｔ４を圧力計９及び温度センサ１３からの信号を受け取ることにより記録する。

Ｈｓ：開閉弁開閉一回毎の水素ガス補充量（Ｎｍ^３）
Ｖｃ：水素ガスが充填された容器７のガス容積（ｍ^３）
Ｐ３：開閉弁３を開いた直後における容器７内の水素ガスの圧力（ＭＰａ）
Ｐ４：開閉弁３を閉じた直後における容器７内の水素ガスの圧力（ＭＰａ）
Ｔ３：開閉弁３を開いた直後における容器７の温度（℃）
Ｔ４：開閉弁３を閉じた直後における容器７の温度（℃）
上記式によって求めた水素ガス補充量を演算装置１２において表示するとともに、更に演算装置１２は１日当りの水素ガス補充量も算出して表示する。上記のように構成することにより、水素ガス積算流量計を設置することなしに、回転電機への水素ガス補充量を計測し、一日毎あるいは一定期間毎に水素ガス補充量を計測して示すことができ、更に水素ガス補充量が非常に多い場合には回転電機ハウジングから異常に水素ガスが漏洩していることがわかる。

実施の形態４．
図３はこの発明の実施の形態４による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図である。上記実施の形態１においては、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの回転電機ハウジング内の圧力変化及び温度変化から水素ガスの補充量を算出する場合について述べたが、本実施形態においては、回転電機ハウジング内の水素ガスの密度をガス密度計測計１４により計測するとともに、この計測値を演算装置１２に入力し、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの回転電機ハウジング内の水素ガス密度の変化及び温度変化から水素ガス補充量を算出するものである。

水素ガスを補充するための開閉弁３が開いたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の開信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『開』信号を受信したときの回転電機ハウジング内の水素ガス密度Ｄ１及び水素ガス温度Ｔ１をガス密度計測計１４及び温度センサ１１からの信号を受け取ることにより記録する。

水素ガスを補充するための開閉弁３が閉じたことを知らせる信号は、開閉弁３に設置されたリミットスイッチ４により検出され、演算装置１２に弁の閉信号が入力される。演算装置１２は開閉弁『閉』信号を受信したときの回転電機ハウジング内の水素ガス密度Ｄ２及び水素ガス温度Ｔ２をガス密度計測計１４及び温度センサ１１からの信号を受け取ることにより記録する。

補充される水素ガスの純度はほぼ１００％であるので、上記の値から、演算装置１２は気体の状態方程式から導かれる下記式を用いて開閉弁３の開閉前後の水素ガス補充量を算出する。

Ｈｓ：補充弁開閉一回毎の水素ガス補充量（Ｎｍ^３）
０．０８９９：０℃，１ａｔｍにおける水素ガスの密度（ｋｇ／ｍ^３）
Ｄ１：開閉弁３を開いた直後における回転電機ハウジング内の水素ガス密度(ｋｇ/ｍ^３)
Ｄ２：開閉弁３を閉じた直後における回転電機ハウジング内の水素ガス密度(ｋｇ/ｍ^３)
Ｔ１：開閉弁３を開いた直後における回転電機ハウジング内の温度（℃）
Ｔ２：開閉弁３を閉じた直後における回転電機ハウジング内の温度（℃）
Ｖｇ：回転電機ハウジング内の容積（ｍ^３）

尚上記説明においては、水素ガスを補充するための開閉弁３が『開』から『閉』になるまでの回転電機ハウジング内の密度変化及び温度変化から水素ガスの補充量を算出する場合について述べたが、実施の形態２の場合と同様、水素ガスを補充するための開閉弁３が『閉』から『開』になるまでの回転電機ハウジング内の密度変化及び温度変化から、上記で示した算出式によって回転電機ハウジング内から排出された水素ガス量を算出し、これを水素ガス補充量とすることもできる。

この発明の実施の形態１による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図である。この発明の実施の形態３による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図である。この発明の実施の形態４による回転電機の水素ガス制御装置を示す概念図である。

符号の説明

１回転電機、３開閉弁、７容器、９，１０圧力計、１１，１３温度センサ、
１２演算装置、１４密度計。

Claims

水素ガスが封入された回転電機と、水素ガスが充填された容器から上記回転電機に水素ガスを供給するための開閉弁と、上記回転電機内の水素ガスの圧力を計測するための圧力計と、上記回転電機内の水素ガスの温度を計測するための温度センサとから構成される回転電機の水素ガス制御装置において、水素ガス補充前の上記開閉弁が開になる前と、今回又は前回の水素ガス補充後の上記開閉弁が閉になった後とにおける上記圧力計及び温度センサの測定値に基づいて上記回転電機への水素ガス補充量を演算する演算装置を設けたことを特徴とする回転電機の水素ガス制御装置。
水素ガスが封入された回転電機と、水素ガスが充填された容器から上記回転電機に水素ガスを供給するための開閉弁と、上記容器内の水素ガスの圧力を計測するための圧力計と、上記容器内の水素ガスの温度を計測するための温度センサとから構成される回転電機の水素ガス制御装置において、水素ガス補充前の上記開閉弁が開になる前と、水素ガス補充後の上記開閉弁が閉になった後とにおける上記圧力計及び温度センサの測定値に基づいて上記回転電機への水素ガス補充量を演算する演算装置を設けたことを特徴とする回転電機の水素ガス制御装置。
水素ガスが封入された回転電機と、水素ガスが充填された容器から上記回転電機に水素ガスを供給するための開閉弁と、上記回転電機内の水素ガスの密度を計測するための密度計と、上記回転電機内の水素ガスの温度を計測するための温度センサとから構成される回転電機の水素ガス制御装置において、水素ガス補充前の上記開閉弁が開になる前と、今回又は前回の水素ガス補充後の上記開閉弁が閉になった後とにおける上記密度計及び温度センサの測定値に基づいて上記回転電機への水素ガス補充量を演算する演算装置を設けたことを特徴とする回転電機の水素ガス制御装置。