JP2020014305A - 回転電機およびタービン発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ないスペースで水素を供給できる回転電機およびタービン発電設備を提供すること。【解決手段】本発明の実施形態によれば、回転子および固定子を収容する筐体と、水を電気分解して水素を生成する水素発生装置と、を備え、前記水素発生装置で生成した前記水素が前記筐体内に供給されるように構成される。このような構成により、高圧ガスに該当しない状態で水素を供給できるため、例えば筐体の内部、筐体の外周面、または筐体の設置位置と同じ建屋フロアに水素発生装置を設置できる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転電機およびタービン発電設備に関する。

回転電機の筐体内部を冷却する冷媒方法として、例えば水素を用いる技術が知られている。水素を冷媒媒体として用いる場合、その供給源には例えば１５ＭＰａ程度の充填圧力を有する水素ボンベが用いられる。

特開平１０−３０４６２２号公報

上述の方法において、水素の供給源である水素ボンベは、１ＭＰａよりも高い圧力で充填された高圧タンクに該当するため、回転電機から所定の距離以上離間して設けられたボンベ室内に貯蔵するか、水素ボンベの周囲を防爆壁等で囲う必要がある。したがって、水素ボンベを設置するための設備を確保する分、それらを設置するためには、広いスペースが必要となる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、より少ないスペースで水素を供給できる回転電機およびタービン発電設備を提供することである。

上記の課題を解決するために、実施形態の回転電機は、回転子および固定子を収容する筐体と、水を電気分解して水素を生成する水素発生装置と、を備え、前記水素発生装置で生成した前記水素が前記筐体内に供給されるように構成される。

本発明の実施形態に係る回転電機およびタービン発電設備は、より少ないスペースで水素を供給できる。

第一の実施形態に係るタービン発電設備の概要図。 第一の実施形態に係る回転電機の概要図。 第一の実施形態に係る水素発生装置の概要図。 第二の実施形態に係る回転電機の概要図。 第三の実施形態に係る回転電機の概要図。

（第一の実施形態）
第一の実施形態に係るタービン発電設備について、図１を用いて説明する。なお、以降の説明では、蒸気あるいは給水の流れ方向上流側を単に上流側、流れ方向下流側を単に下流側という。

図１は、第一の実施形態に係るタービン発電設備の概要図である。タービン発電設備１は、ボイラ２と、蒸気タービン３と、復水器４と、給水ポンプ５と、回転電機１０を備える。

ボイラ２は、蒸気タービン３よりも上流側に設けられ、燃焼ガスなどを熱源として供給された給水を過熱する熱交換器を備える。

蒸気タービン３は、ボイラ２と主蒸気管を介して接続される。蒸気タービン３は、ケーシングと、ケーシング内部に回転可能に収容されたタービンロータと、タービンロータの周方向に複数植え込まれてタービンロータと一体的に回転する動翼と、ケーシングに固定されるように周方向に複数配置された静翼とを有する。動翼と静翼は、タービンロータの軸方向に沿って交互に設けられ、動翼と静翼とを一つの段落とする複数のタービン段落を形成する。各タービン段落において動翼および静翼が設けられる部分が蒸気通路部を構成する。蒸気通路部の入口側には主蒸気管から供給される蒸気が導かれるノズルボックスが設けられ、蒸気通路部の出口側にはタービン排気室が設けられる。

復水器４は、蒸気タービン３の蒸気通路部出口側を構成するタービン排気室の下流側、すなわち蒸気タービン３の下流側に設けられ、本体胴と、本体胴の内部に設けられ外部から供給される冷却水が流通する冷却管束を備える。復水器４の本体胴下部とボイラ２は、給水ポンプ５を介して配管で接続される。

回転電機１０は、筐体内に回転可能に収容された回転子を備え、回転電機１０の回転子は蒸気タービン３のタービンロータと連結される。また、復水器４の本体胴下部と回転電機１０は配管を介して接続される。回転電機１０のさらに詳細な構成については後述する。

ボイラ２に供給された給水は、ボイラ２にて加熱されて蒸発し、さらに過熱されて蒸気となる。この蒸気は、主蒸気管から図示しない主蒸気止め弁および蒸気加減弁を順次経て、その蒸気流量を調整された状態で蒸気タービン３のノズルボックスに導かれる。蒸気タービン３では、蒸気がノズルボックスから複数のタービン段落の蒸気通路部を順次通過しながら膨張し、各タービン段落を構成する動翼と、この動翼が植え込まれたタービンロータとを回転させる。タービンロータは、回転により生じる回転エネルギーを回転電機１０の回転子に伝え、この回転子を回転駆動させて発電を行う。タービン段落の最終段を通過した蒸気は排気蒸気となり、タービン排気室を介して復水器４に導かれる。この排気蒸気は、冷却管束において冷却、凝縮して復水となる。復水器４で凝縮した復水は、給水ポンプ５に導かれて加圧され、給水として再びボイラ２に供給される。本実施形態においては、復水器４の復水の一部が回転電機１０に供給される。

なお、本実施形態のタービン発電設備においてはボイラ２で発生させた蒸気により蒸気タービンを駆動して回転電機１０により発電する例を示したが、これに限らず、ガスタービンの回転子に連結された回転電機により発電するタービン発電設備としてもよく、または、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントをタービン発電設備としてもよい。

図１に示した回転電機１０について、さらに図２を用いて説明する。図２は、第一の実施形態に係る回転電機の概要図である。図２に示すように、回転電機１０は、筐体１１と、固定子１２と、回転子１３と、水素発生装置１４から構成される。

筐体１１は、固定子１２および回転子１３を収容するケーシングである。本実施形態において、筐体１１の内部には空気よりも熱伝導率の高い冷却媒体として水素が予め定めたガス圧力で封入されており、筐体１１は、内部の気体が実質的に外部に漏れないように気密に構成される。

固定子１２は、筐体１１の内部に設けられ、導電体である固定子コイル（図示していない）が配置される。固定子１２の内周面は全体として円筒形状となっており、固定子１２の内周側に回転子１３が間隙を介して配置される。固定子１２は、内周面と外周側を連通させる径方向の通風穴（図示していない）を複数有し、筐体１１内に封入された冷却媒体である水素はこの通風穴を流通する。

回転子１３は、回転軸を有する回転体であり、固定子１２の内周側で回転可能なように筐体１１に支持される。すなわち、筐体１１の両端部には一対の軸受（図示していない）が設けられ、回転子１３の軸方向の両端である軸端部側でそれぞれこの軸受に回転可能に支持される。回転子１３は、一方の軸端部が蒸気タービン３のタービンロータに連結され、このタービンロータと共に回転駆動する。また、回転子１３は、その径方向に通風穴（図示していない）を複数有し、筐体１１内に封入された冷却媒体である水素をこの通風穴に流通させる。なお、この通風穴は径方向だけでなく回転子１３の軸方向に複数有する構成としてもよい。

水素発生装置１４は、筐体１１の内部に設置される。図２に示した水素発生装置１４について、さらに図３を用いて説明する。図３は、第一の実施形態に係る水素発生装置の概要図である。図３に示すように、水素発生装置１４は、原料水供給部１４ａと、電気化学セルスタック１４ｂと、直流電源装置１４ｃと、制御部１４ｄと、水素排出部１４ｅと、酸素排出部１４ｆと、流量計１５ｅと、圧力計１６ｅと、を備える。水素排出部１４ｅでの圧力計１６ｅの他に、制御部１４ｄによる制御のために、筐体１１内部に、水素の圧力や純度を計測するセンサをさらに備えても構わない。

原料水供給部１４ａは、電気化学セルスタック１４ｂに連結される配管である。ここでいう原料水とは、水素発生装置１４に供給されて水素の生成に用いられる水である。本実施形態では、回転電機２を回転させるタービンとして蒸気タービンを用いており、蒸気タービンの排気蒸気を冷却、凝縮させる復水器４の復水の一部を原料水として用いている。したがって、原料水供給部１４ａの他端は復水器４に連結され、原料水供給部１４ａを介して、復水器４から電気化学セルスタック１４ｂに原料水が供給される。この原料水は、復水の一部を用いるほか、固定子や回転子に純水を流通させて冷却する水冷却方式に用いられる純水や、蒸気タービンの途中段から抽気した蒸気、もしくは外部から供給された水を用いてもよい。原料水の導電率はあらかじめ電気化学セルスタック１４ｂでの電気分解に好適な所定の範囲に調整されていることが好ましい。ただし、復水器４の復水以外を原料水として用いる場合、原料水供給部１４ａの他端は、原料水の供給源に連結される。

電気化学セルスタック１４ｂには、例えば固体高分子形電解セル、固体酸化物形電解セル、もしくはリン酸形電解セルなどを用いることができる。それぞれの電解セルの形状は、平板型、円筒型、円筒平板型など種々の形状を用いることができる。電気化学セルスタック１４ｂは、原料水供給部１４ａから供給された原料水に直流電流を流して電気分解し、水素および酸素を発生させる。

直流電源装置１４ｃは、電気化学セルスタック１４ｂに供給される電流の電流源であり、電気化学セルスタック１４ｂと電気的に接続される。直流電源装置１４ｃは、図示していない所内電源からの電源の一部を直流電流に変換するコンバータである。

制御部１４ｄは、原料水供給部１４ａ、電気化学セルスタック１４ｂ、直流電源装置１４ｃ、および圧力計１６ｅに電気的に接続され、電気化学セルスタック１４ｂに流す直流電流、電気化学セルスタック１４ｂに供給する原料水の流量を調整する。本実施形態では、流量計１５ｅの測定流量と直流電流との関係式、流量計１５ｅの測定流量および圧力計１６ｅの測定圧力と、原料水の流量との関係式のそれぞれが、あらかじめ制御部１４ｄに設定され、これらの関係式にもとづいて、直流電流と原料水の流量を調整する。

なお、本実施形態における制御部１４ｄは、原料水の流量の代わりに原料水の圧力を調整するような構成としても構わない。

水素排出部１４ｅは、電気化学セルスタック１４ｂと筐体１１の内部とを連結する配管であり、電気化学セルスタック１４ｂで生成された水素を筐体１１へ排出する。

酸素排出部１４ｆは、電気化学セルスタック１４ｂと外部とを連結する配管であり、電気化学セルスタック１４ｂで生成された酸素を外部へ排出する。

流量計１５ｅは、水素排出部１４ｅに設けられ、電気化学セルスタック１４ｂで発生する水素の生成量を測定する。

圧力計１６ｅは、筐体１１の内部に設けられ、筐体１１内部の水素の圧力を測定する。

なお、圧力計１６ｅの他に、酸素排出部１４ｆから排出される酸素の圧力が高圧ガスに該当しないように測定する圧力計や、筐体１１内部の水素の純度、および回転電機１０での発電量を測定するセンサをそれぞれ設けてもよい。

次に、本実施形態に係る回転電機の作用について説明する。回転電機２の回転子コイルに界磁電流を流して回転子１３を回転させることで、固定子コイルには電流が発生する。固定子１２に配置される固定子コイルおよび回転子１３に配置される回転子コイルに電流が流れると、固定子１２や回転子１３に熱が発生するため、この熱を冷却する必要が生じる。

固定子１２や回転子１３に発生する熱の冷却は、固定子や回転子に純水を流通させて冷却する水冷却のほか、回転子１３の回転を利用して、筐体１１内の気体を冷却媒体として固定子１２や回転子１３に設けた通風穴に流通させて行われる。固定子１２や回転子１３を冷却し熱を奪った冷却媒体の気体は、回転電機１０に設けられるガスクーラ（図示していない）で冷却されるか、もしくは筐体１１を介して筐体１１の外部の空気などの雰囲気と熱交換して冷却される。特に本実施形態においては、冷却媒体として空気よりも熱伝導率の高い水素を用いることで、冷却効率を高めている。

水素発生装置１４では、原料水供給部１４ａを介して電気化学セルスタック１４ｂに原料水が供給され、この電気化学セルスタック１４ｂに直流電源装置１４ｃから直流電流を流して原料水を水素および酸素に電気分解する。制御部１４ｄは、流量計１５ｅから電気化学セルスタック１４ｂにおける水素の生成量（Ｇ）を、圧力計１６ｅから筐体１１内部の水素の圧力（Ｐ）をそれぞれ取得し、これらの値に基づいて電気化学セルスタック１４ｂに流す直流電流（Ｉ）、および電気化学セルスタック１４ｂに供給する原料水の流量（Ｑ）を調整する。これにより、電気化学セルスタック１４ｂから筐体１１内部へ供給された水素の圧力（Ｐ）と電気化学セルスタック１４ｂにおける水素の生成量（Ｇ）が所定の範囲内（目標範囲）となるように制御される。電気化学セルスタック１４ｂで発生した水素および酸素は、水素排出部１４ｅおよび酸素排出部１４ｆのそれぞれから排出される。

すなわち、制御部１４ｄは流量計１５ｅで測定される水素の生成量および圧力計１６ｅで測定される水素の圧力を入力として、電気化学セルスタック１４ｂで発生する水素の生成量および圧力が目標範囲に収まるように、あらかじめ設定された関係式に基づいて電気化学セルスタック１４ｂに流す直流電流、電気化学セルスタック１４ｂに供給する原料水の流量を調整する。

また、水素発生装置１４は、水素排出部１４ｅから排出される水素または酸素排出部１４ｆから排出される酸素の圧力が高圧ガスに該当しない程度、例えば水素発生装置１４の内部の圧力が１ＭＰａ未満となるように設定されている。水素排出部１４ｅから排出された水素は、その圧力および生成量が目標範囲に調整されて筐体１１内に供給され、冷却媒体として固定子１２や回転子１３に設けた通風穴を流通して、固定子１２に配置される固定子コイルおよび回転子１３に配置される回転子コイルを冷却する。そして、圧力計１６ｅでの測定圧力が目標範囲に収まった場合、制御部１４ｄは、直流電源装置１４ａから電気化学セルスタック１４ｂへの直流電流の送電および原料水供給部１４ａから電気化学セルスタック１４ｂへの原料水の供給を停止するような制御指令を出力する。これにより、電気化学セルスタック１４ｂでの水素の生成が停止され、筐体１１内部の水素の圧力が目標範囲に保たれる。

一方、本実施形態において、電気化学セルスタック１４ｂで生成された酸素は、酸素排出部を介して筐体１１の外部に放出する。

上述した第一の実施形態によれば、冷却媒体である水素の供給源である水素発生装置１４が１ＭＰａ以上の圧力となる高圧タンクには該当しないため、筐体１１の内部に水素の供給源である水素発生装置１４を設置でき、この水素発生装置１４から固定子１２や回転子１３に水素を直接供給することができる。したがって、筐体１１と水素発生装置１４との間に配管を設ける必要がなく、筐体１１内部のスペースを有効に活用できる。また、筐体１１と水素発生装置１４との間に配管を設ける必要がないため、この配管の設置や製造にかかるコストを削減できる。

なお、本実施形態においては、水素発生装置１４が一台である場合を例示して説明したが、例えばこの水素発生装置１４を筐体１１内に複数台設置してもよい。また、本実施形態においては水素冷却方式の回転電機を例示して説明したが、例えば水冷却方式と水素冷却方式と併用し、水冷却方式に用いられる冷却水の一部を本実施形態の原料水として用いてもよい。

また、水素発生装置１４の水素排出部の出口などにリリーフ弁（保圧弁）やその他の圧力調整弁、また逆止弁などを適宜配置してもよい。特に、水素排出部１４ｅの出口側にリリーフ弁を設ける場合、水素排出部１４ｅから発生した水素をリリーフ弁の設定圧力に応じて筐体１１内に自動的に供給することが可能となる。

（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る回転電機について、図４を用いて説明する。図４は、第二の実施形態に係る回転電機の概要図である。以降では第一の実施形態と異なる箇所について説明し、それ以外の箇所については第一の実施形態と同様であるとして、重複する説明を省略する。なお、第二の実施形態に係る回転電機を、第一の実施形態のタービン発電設備の回転電機１０として適用することができる。

第二の実施形態に係る回転電機１０は、筐体１１と、固定子１２と、回転子１３と、水素発生装置２４と、水素供給ライン２７（第一の水素供給ライン）を備える。第二の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、筐体１１の内部に設置された水素発生装置１４の代わりに、筐体１１の外周面に設置された水素発生装置２４と、水素発生装置２４と筐体１１内部とを連結させる水素供給ライン２７を設けた点である。

筐体１１は、その外周面に取り付け座１１ａを有する。取り付け座１１ａは、後述する水素発生装置２４を取り付けるための取り付け面を有し、この取り付け面と水素発生装置２４の側面とを当接させた状態で、水素発生装置２４を着脱可能な程度に嵌め合わせる。

水素発生装置２４は取り付け座１１ａに取り付けられ、筐体１１の外周面に配置される。水素発生装置２４のその他の構成は、第一の実施形態における水素発生装置１１と同様である。なお、水素発生装置２４は筐体１１の外周面に複数台配置しても構わない。その場合には、水素発生装置２４の設置台数に対応した個数の取り付け座１１ａが、筐体１１の外周面にそれぞれ設けられる。

水素供給ライン２７は、筐体１１内部と水素発生装置２４の水素排出部２４ｄとをつなぐ配管である。本実施形態において、水素発生装置２４が筐体１１の外部に設けられることから、水素供給ライン２７は筐体１１を貫通して筐体１１の内部に連通する。第一の実施形態と同様に筐体１１の内部には冷却媒体である水素の圧力が目標範囲に収まるように封入され、内部の気体が実質的に外部に漏れないように気密に構成されるため、水素供給ライン２７が筐体１１を貫通する貫通部は、筐体１１の内部の水素が漏れ出さないよう気密な構造を有する。水素供給ライン２７のうち、水素発生装置２４から上述の貫通部までの間の配管は、筐体１１の外周面に沿って設けられる。

水素発生装置２４の電気化学セルスタック２４ｂで発生した水素は、水素排出部からこの水素供給ライン２７を経て、筐体１１の内部に供給される。

上述した第二の実施形態によれば、筐体１１の外周面に水素発生装置２４が設けられるため、水素供給ライン２７を構成する配管は、従来のように回転電機を配置する建屋外から筐体内部に配管を接続する場合よりも短くすることができる。また本実施形態においては、水素発生装置２４を取り付け座１１ａに取り付けて筐体１１の外周面に配置するため、筐体１１に水素発生装置２４を取り付けて一体的に輸送する他、水素発生装置２４と筐体１１とを別体で輸送し、これらを現地で組み立てることもできる。

なお、本実施形態の変形例として、例えば水素供給ライン２７に流量調整弁を設け、この流量調整弁の弁開度を調整しながら、筐体１１内部への水素の供給量を調整してもよい。また、水素供給ライン２７の途中にリリーフ弁（保圧弁）や逆止弁などを適宜介在させても構わない。特に、水素供給ライン２７の途中にリリーフ弁を設ける場合、水素発生装置２４の水素排出部から発生した水素をリリーフ弁の設定圧力に応じて筐体１１内に自動的に供給することが可能となる。

（第三の実施形態）
第三の実施形態に係る回転電機について、図５を用いて説明する。図５は、第三の実施形態に係る回転電機の概要図である。以降では、第一または第二の実施形態と異なる箇所について説明し、それ以外の箇所については第一または第二の実施形態と同様であるとして、ここでは説明を省略する。なお、第三の実施形態に係る回転電機を、第一の実施形態のタービン発電設備の回転電機１０として適用することができる。

第三の実施形態に係る回転電機１０は、筐体１１と、固定子１２と、回転子１３と、水素発生装置３４と、第一の水素供給ライン４５ａと、第二の水素供給ライン４５ｂと、第三の水素供給ライン４５ｃと、第一の流量調整弁４６ａと、第二の流量調整弁４６ｂと、第三の流量調整弁４６ｃと、水素貯蔵タンク４７と、と、制御装置４８を備える。また、筐体１１の最下部には、筐体１１の内部が空気などで満たされている際に、筐体１１の内部に水素を供給してこの空気を筐体１１の外部に排気するための、いずれも図示しないパージラインおよびパージ弁が設けられている。

水素発生装置３４は、回転電機１０が設置される建屋内の、筐体１１の設置位置と同じ建屋フロアに筐体１１と離間して設置される。本実施形態においては、水素発生装置３４が筐体１１から離間して設けられる場合を例示して説明するが、水素発生装置３４が筐体１１から離間して設けられる場合に限定されず、水素発生装置３４を、例えば筐体１１の内部や、筐体１１の外周面に設けてもよい。

第一の水素供給ライン４５ａ、第二の水素供給ライン４５ｂ、および第三の水素供給ライン４５ｃは、それぞれ水素の流路となる配管であって、第一の水素供給ライン４５ａは筐体１１と水素発生装置３４との間に、第二の水素供給ライン４５ｂは筐体１１と後述する水素貯蔵タンク４７との間に、第三の水素供給ライン４５ｃは水素発生装置３４と水素貯蔵タンク４７との間にそれぞれ設けられる。また、第一の水素供給ライン４５ａ、第二の水素供給ライン４５ｂ、および第三の水素供給ライン４５ｃには、それぞれ第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂ、および第三の流量調整弁４６ｃが設けられる。なお、本実施形態では、第一の流量調整弁４６ａが第一の水素供給ライン４５ａに設けられる場合を例示して説明するが、第一の流量調整弁４６ａを、第一の水素供給ライン４５ａではなく水素発生装置３４の水素排出部に設けてもよい。

第一の水素供給ライン４５ａおよび第二の水素供給ライン４５ｂは、筐体１１の上部において筐体１１の内部に開口しており、より好ましくはこの開口部は筐体１１内部のうちの最上部となっている。

水素貯蔵タンク４７は、水素発生装置３４で生成された水素を例えば１ＭＰａ未満など、高圧ガスに該当しない範囲の圧力で貯蔵するタンクである。水素貯蔵タンク４７は、１ＭＰａ以上の圧力が作用しないタンクであり、１〜数ＭＰａ程度の耐圧性を有する。水素貯蔵タンク４７の内部の圧力は、高圧ガスに該当しない範囲である例えば１ＭＰａ未満の圧力に調整される。内部の圧力調整のために、水素貯蔵タンク４７に内部の圧力を計測する圧力計を設けても構わない。

制御装置４８は、第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂ、および第三の流量調整弁４６ｃの弁開度を調整する制御部である。制御装置４８には、水素貯蔵タンク４７内の水素の圧力を計測するタンク内圧力計、および、水素発生装置３４の圧力計３６ｅ、からの信号線が接続され、水素貯蔵タンク４７内の水素の圧力値、筐体１１内の圧力測定値の信号が入力されるように構成されている。また、第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂ、および第三の流量調整弁４６ｃには、これら弁を駆動する図示しないアクチュエータがそれぞれ設けられており、制御装置４８からこれらのアクチュエータとはそれぞれ制御信号線で接続され、制御装置４８から出力した制御指令がこれらの制御信号線を介して各アクチュエータに送信されるように構成される。

次に、制御装置４８による第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂおよび第三の流量調整弁４６ｃの弁開度の調整方法について説明する。制御装置４８には、あらかじめ設定された回転電機１０内部の圧力の基準値が基準圧力として保存されている。

（筐体１１の内部にあらかじめ水素が存在しない場合）
定検完了時など、筐体１１の内部に水素が存在せず筐体１１の内部が空気で満たされている状態では、第一の流量調整弁４６ａが全開状態、流量調整弁４６ｂが全閉状態、さらに筐体１１の最下部に設けられたパージラインのパージ弁が全開とされる。この状態で水素発生装置３４を運転し、水素発生装置３４により生成した水素を第一の水素供給ライン４５ａを介して筐体１１の内部に供給する。この際、水素貯蔵タンク４７内に水素が十分な圧力（すなわち、水素発生装置３４で生成される水素の圧力と同程度以上の圧力）で貯蔵されている場合は、さらに第二の流量調整弁４６ｂを開いて、第二の水素供給ライン４５ｂからも筐体１１の内部に水素を供給するように制御してもよい。この際、水素貯蔵タンク４７内の水素の圧力が、例えば水素発生装置３４で生成される水素の圧力などの、予め設定した設定圧力よりも低くなった場合には第二の流量調整弁４６ｂが自動的に全閉とされるように制御装置４８により自動制御すると好ましい。

また、このほか、第一の水素供給ライン４５ａや第二の水素供給ライン４５ｂ、もしくはこれらとは別に設けた図示しない第四の水素供給ラインに別の水素ボンベを接続し、より高圧の水素を筐体１１内に供給して筐体１１内の空気を迅速に排出させることも可能である。

第一の水素供給ライン４５ａおよび第二の水素供給ライン４５ｂから筐体１１内に供給された水素は、筐体１１内部の上部に向かって流れながら最上部から順次筐体１１の内部を満たし、パージラインから筐体１１内部の空気が排出される。パージラインからの空気の排出が完了した時点でパージ弁を閉じ、筐体１１内の圧力を上昇させる。筐体１１内の水素の圧力が目標範囲内に収まったのちに、第一の流量調整弁４６ａおよび第二の流量調整弁４６ｂを全閉する。こうして筐体１１内の水素の圧力が目標範囲に収まり、回転電機２は運転可能な状態となる。

回転電機２が運転可能となり、第一の流量調整弁４６ａおよび第二の流量調整弁４６ｂが全閉された状態で水素貯蔵タンク４７の内部の水素の圧力が、例えば水素発生装置３４で生成される水素の圧力などの、予め設定した設定圧力よりも低い場合には、制御装置４８は水素発生装置３４の運転を継続したまま第三の流量調整弁４６ｃを開き、水素発生装置３４の生成する水素を水素貯蔵タンク４７内に貯蔵する。そして水素貯蔵タンク４７内の水素の圧力が予め設定した設定圧力以上となると、制御装置４８は第三の流量調整弁４６ｃを全閉するとともに水素発生装置３４の運転を停止する。

（筐体１１の内部にあらかじめ水素が存在する場合）
次に、第一の流量調整弁４６ａおよび第二の流量調整弁４６ｂが全閉されているときには、制御装置４８は、圧力計３６ｅの測定圧力を取得して目標範囲と比較する。４８この際、測定圧力が基準圧力の範囲よりも低い場合には、水素発生装置３４の運転を開始するとともに第二の流量調節弁４６ｂを開く制御指令を出力する。これにより、第二の流量調整弁４６ｂの弁開度がアクチュエータにより調整され、水素発生装置３４と水素貯蔵タンク４７の双方から筐体１１内部に冷却媒体である水素が供給される。一方、測定圧力が基準圧力の範囲内に収まっている場合、制御装置４８は、第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂおよび第三の流量調整弁４６ｃの弁開度を閉状態のまま維持するような制御指令を出力する。

すなわち、制御装置４８は、筐体１１内部の測定圧力に応じて第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂおよび第三の流量調整弁４６ｃの弁開度を調整し、この調整による制御を通して水素発生装置３４だけで筐体１１内部に水素を供給するか、水素発生装置３４および水素貯蔵タンク４７の双方から筐体１１内部に水素を供給するかを調整する。さらに、水素発生装置３４および水素貯蔵タンク４７の双方から筐体１１内部に水素を供給する場合には、筐体１１内部の測定圧力に基づいて第二の流量調整弁４６ｂの弁開度を調整することで、水素貯蔵タンク４７から筐体１１内部への水素の供給量を調整する。

上述した第三の実施形態によれば、筐体１１内部の測定圧力に応じて、制御装置４８が第一の流量調整弁４６ａ、第二の流量調整弁４６ｂおよび第三の流量調整弁４６ｃの弁開度を制御することにより、冷却に必要な水素の供給量を細かく調整し、より効果的に固定子コイルおよび回転子コイルを冷却できる。

なお、本実施形態の変形例として、圧力計３６ｅを用いずに、回転電機３０のその他運転状態に応じて制御装置４８が流量調整弁４６ｂの全開または全閉を制御してもよい。その他の運転状態としては、例えば回転子１３の回転数が挙げられる。制御装置４８は、回転子１３の回転数を取得して所定の回転数の範囲と比較し、回転子１３の起動時のように回転子１３の回転数が所定の回転数の範囲よりも小さい場合には、筐体１１内部に十分な水素が供給されていないと判断し、流量調整弁４６ｂを全開とする制御指令を出力する。一方、定格運転時のように回転子１３の回転数が所定の回転数の範囲内にある場合には、制御装置４８は筐体１１内部に十分な水素が供給されていると判断し、流量調整弁４６ｂを全閉とする。この制御方法によれば、回転電機１０の回転数を通して、より簡易に水素の供給量を調整できる。また、回転子１３の回転数以外に、回転電機１０の軸受温度や回転子１３が振動する際の振幅の平均値をその他の運転状態とし、これらの値に基づいて制御装置４８により制御するように構成しても構わない。

また、本実施形態の他の変形例として、水素発生装置３４を筐体１１の内部に設け、制御装置４８を介して、水素発生装置３４で生成される水素の量を直接制御してもよい。この制御方法に関する関係は、本実施形態に限定されない。

さらに、本実施形態における制御装置４８が水素発生装置３４の制御部としての機能をさらに備え、水素発生装置３４に内蔵されてもよい。

なお、上述した第一から第三の実施形態において、筐体１１の内部に供給される水素の目標範囲とは、必ずしも一定の範囲を示すものではなく、例えば回転電機１０の発電量に応じて適宜変動してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１． タービン発電装置、２．ボイラ、３．蒸気タービン、４．復水器、５．給水ポンプ、１０．回転電機、１１．筐体、１１ａ．取り付け座、１２．固定子、１３．回転子、１４、２４、３４．水素発生装置、１４ａ．原料水供給部、１４ｂ、２４ｂ．電気化学セルスタック、１４ｃ．直流電源装置、１４ｄ．制御部、１４ｅ．水素排出部、１４ｆ．酸素排出部、１５ｅ．流量計、１６ｅ、２６ｅ、３６ｅ．圧力計、２７、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ．水素供給ライン、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ．流量調節弁、４７．水素貯蔵タンク、４８．制御装置

Claims (6)

1. 回転子および固定子を収容する筐体と、
   水を電気分解して水素を発生させる水素発生装置と、
   を備え、
   前記水素発生装置で生成した前記水素が前記筐体内に供給されるように構成される回転電機。
2. 前記水素発生装置は、前記筐体内部の圧力に基づき前記水素の発生量を制御する制御部を有する請求項１に記載された回転電機。
3. 前記水素発生装置は、前記筐体の内部に収容される請求項１または２に記載された回転電機。
4. 前記水素発生装置は前記筐体の外周面に設けられ、
   前記水素発生装置で生成した前記水素を前記筐体の内部に供給する第一の水素供給ライン
   を備える請求項１または２に記載された回転電機。
5. 前記水素の一部を貯蔵可能に構成された水素貯蔵タンクと、
   前記水素貯蔵タンクと前記筐体とを連結する第二の水素供給ラインと、
   前記第一および第二の水素供給ラインのそれぞれに設けられた第一および第二の流量調整弁と、
   前記第一および第二の流量調整弁を制御する制御装置と、
   を備える請求項１から４のいずれかに記載された回転電機。
6. 回転可能なタービンロータを備えるタービンと、
   回転子および固定子を有し、前記回転子が前記タービンロータに連結される請求項１から５のいずれかに記載された回転電機と、
   を備えるタービン発電設備。

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