JP3789478B2 - 設備特に水素冷却発電機における急速減圧方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つの第１のハウジング部分および一つの第２のハウジング部分を備え、その第１のハウジング部分が通常状態において水素雰囲気を加圧状態で含み、この水素雰囲気が水素密封装置によって第２のハウジング部分の内部から分離され、水素密封装置の故障の際に水素の加圧が急速放出配管を通して放出されるようにした設備における急速減圧方法およびその装置に関する。
本発明の主な用途は水素冷却発電機にあるが、これに限定されるものではない。この水素冷却発電機の軸は種々の密封装置およびハウジング部分を貫通して延びており、その場合発電機ハウジング内における過圧下にある水素の確実な封じ込めを保証しなければならない。水素が漏洩した場合に空気と化合して爆発性の高い爆鳴ガスが生ずる。これはいかなる事情があってもまた運転に支障がある場合でも阻止しなければならない。
従来技術、例えば英国特許第７６０７８１号明細書あるいは文献「潤滑技術ジャーナル」１９８２年、１０月、第１０４／４４９号に掲載のＴ．菅波、Ｔ．増田、Ｎ．大石、Ｔ．島津等の共著の論文「大形シールリングの熱的挙動の研究（A Study on Thermal Behavior of Large Seal-Ring）」で知られている代表的な水素冷却発電機においては、発電機軸はラビリンスパッキンを貫通して前室の中に、次いで水素密封装置を貫通していわゆる軸受室の中に、そこから外に向けて機械室の中に例えばタービンあるいは変速装置にまで延びている。軸受室と機械室との間の密封は通常は同様にラビリンスパッキンで行われている。ラビリンスパッキンは完全には気密にできず、強力な絞り弁のようにしか作用せず、水素はこのパッキンに沿って漏洩する。従って前室の中には通常状態において発電機ハウジング内と同じ圧力がかかっている。これに反して前室に対して実質的に完全な気密作用を有する水素密封装置によって閉じられている軸受室の中には主に通常の室内空気が存在している。これは排気ポンプによって僅かな負圧に維持され、万一水素が僅かに水素密封装置を通して軸受室の中に流入しても、この少量の水素は吸い出されて大気に放出され、軸受室のラビリンスパッキンを通って機械室の中に到達することはない。
国際特許出願公開第９４／１０７３９Ａ１号明細書において、水素密封装置の故障の際に急速放出配管を開放して、前室内において過圧を極めて迅速に消失させることが知られている。もっともこの場合問題になるのは大量の水素であり、少なくとも或る時間にわたって水素が故障している水素密封装置を通って軸受室の中に流入し、そこからラビリンスパッキンを通って機械室の中に達するおそれのあるものである。これは単位時間当たり非常に僅かな容積しか搬送できない排気ポンプでは阻止できない。外側のラビリンスパッキンにおける遮断空気によって機械室の中への水素の流出を阻止できるが、この処置には非常に高い経費がかかる。
ドイツ特許出願公告第１０３８１７３号明細書においても、水素冷却発電機において許容できない運転状態が生じた際の安全装置が知られている。この装置は発電機ハウジングに直接設けられた大きな定格内径の急速開放弁を有し、危険な場合に大気に通じている排気配管がこの急速開放弁によって開かれる。このような急速開放弁は電磁弁あるいは電磁弁で作動する弁である。電磁弁の始動は軸受室あるいは発電機ハウジング内に組み込まれたガス圧力スイッチの応動によって行われる。その始動は軸受室内における水素濃度が増加した際に行われる。
雑誌「電気経済（Elektrizitaetswirtschaft）」１９９１年、１２月、第２３号、第８７７〜８８１頁掲載のフランツ・ボツール（Franz Bothur）著の論文「水素冷却タービン発電機の経験（Erfahrungen mit wasserstoffgekuehlten Turbogeneratoren）」には、油封装置付きの水素冷却発電機が記載されている。この油封装置は大気に通じている排気配管が接続されている排油室を有している。もっともこの場合、多量の油が水素と接触し、これにより濃縮されることは避けられない。従って高圧水素を含んだ発電機に対して補助的な安全処置として、軸封装置が壊れる直前に開いて大部分の水素を大気に逃がすような圧力破壊装置が設けられている。このような圧力破壊装置は電磁的に作動する大きな開口断面積の弁である。
本発明の課題は、上述の設備および類似の設備において機械室への水素の流出を簡単な手段によって確実に防止することにある。
この課題を解決するために本発明に基づいて、急速放出配管が排気配管を介して第２のハウジング部分の内部に接続され、特に急速放出配管にジェットポンプが設けられている装置が用いられる。第１のハウジング部分を急速に排気するための方法に関する課題は本発明に基づいて、急速放出配管における水素の流れによって排気配管を介して第２のハウジング部分の内部からガスが吸い出される方法によって解決される。本発明の有利な実施態様はそれぞれ従属請求項に記載されている。
本発明は、急速放出配管が開いた際に過圧状態にある水素が大きな速度で特に機械室の屋根の上にある出口に向かって流れることから出発している。本発明の基本的な考えは、第１のハウジング部分から流出する水素の運動エネルギーを同時に第２のハウジング部分内のガスを吸い出すために利用することにある。これは機械的な可動部品なしに特に急速放出配管に配置されたジェットポンプによって行われ、その吸込み配管に第２のハウジング部分の排気配管が接続されている。
本発明を発電機設備に利用する場合には、例えば第２のハウジング部分即ち軸受室の排気配管に排気ポンプが配置され、この排気ポンプが軸受室内における僅かな負圧を維持し、これによって水素密封装置を通って侵入する少量の水素が吸い出され、機械室の中に達することはない。しかしこの排気ポンプは水素密封装置が故障した際に軸受室の中に侵入する多量の水素を吸い出す働きをしない。第１のハウジング部分即ち前室がジェットポンプによって急速に排気される場合には、排気配管における排気ポンプは軸受室の内部からの雰囲気の有効な吸い出しを著しく阻害するおそれがある。従って排気ポンプを橋絡するための逆止弁付きのバイパス配管が設けられている。この逆止弁は急速排気の際にジェットポンプが始動したときに吸出しのための広い横断面を開放する。通常状態において逆止弁は排気ポンプによって作られる差圧で閉じられる。
以下図面に示した実施例を参照して本発明の一層の詳細および利点を詳しく説明する。
図面はここでは水素冷却発電機に利用されている本発明の実施例を概略的に示している。
水素冷却発電機は発電機ハウジング１の中にあり、その発電機軸２はまずラビリンスパッキン５を貫通して前室３の中に延び、それから水素密封装置６を貫通して軸受室４の中に延び、そこからもう一つのラビリンスパッキン７を貫通して機械室２０の中まで延びている。
水素密封装置６が完全であるとき、発電機ハウジング１および前室３の中における圧力はほぼ同じになり、一方軸受室４の中には僅かな負圧がかかっている。この負圧は排気ポンプ１７で作られている。この負圧は機械室２０からラビリンスパッキン７および排気配管９を通して特に機械室２０の屋根１９の上にある出口１４に向けて僅かな空気流を生じさせる。
前室３には通常運転中は閉じられている弁１０によって開かれる急速放出配管８が接続されている。例えば軸受室４内におけるセンサ１３はこの室内の水素濃度を監視し、これを測定配線１２を介して弁制御装置１１に伝える。この弁制御装置１１は軸受室４内における水素濃度が過大になった際に弁１０を開放する。これは例えば水素密封装置６が故障したときに生ずる。この場合過圧状態にある水素は前室３から弁１０および急速放出配管８を通ってジェットポンプ１５およびそこから出口１４に向かって流れる。水素噴出流はジェットポンプ１５の吸込み配管１６に大きな負圧を発生し、この負圧は軸受室４内における雰囲気を吸い出す働きをする。排気ポンプ１７はそれ程多くの容積流を通過させることができないので、排気ポンプ１７を橋絡するバイパス配管内における逆止弁１８が開く。そのようにして軸受室４の中に侵入した水素は急速に吸い出され、水素が決してラビリンスパッキン７を通って機械室２０の中に到達しないことが保証される。好適にはジェットポンプ１５全体は、例えば漏洩水素が周囲に放出される個所である機械室２０の屋根１９の上に直接あるいはその上側に配置されている。
本発明によれば簡単な手段で特に（逆止弁の他に）主要な機械部品を必要とせず且つ補助的なエネルギーを必要とせずに、急速放出配管を通って漏出する水素の運動エネルギーを利用するだけで、軸受室内の雰囲気を急速に吸い出すことができる。急速放出配管と排気配管とが連結されていることにより、急速放出の際に、第２のハウジング部分内の雰囲気も自動的に吸い出されるので、そこに侵入した水素がこのハウジング部分を包囲する機械室の中に到達することはない。急速放出の際にその都度、補助的な制御処置あるいは調整処置を講ずる必要なしに自動的に吸出し作用が生じ、これによって設備全体の機械室への水素の流出に対する安全性が著しく高められる。

Claims (8)

1. 少なくとも一つの第１のハウジング部分（３）および第２のハウジング部分（４）を備え、その第１のハウジング部分（３）が通常状態において水素雰囲気を過圧状態で含み、この水素雰囲気が水素密封装置（６）によって第２のハウジング部分（４）の内部から分離され、水素密封装置（６）が故障の際に水素の過圧が急速放出配管（８）を通して放出され、水素が急速放出配管（８）におけるジェットポンプ（１５）を通して導かれ、そのジェットポンプ（１５）の吸込み配管（１６）が排気配管（９）に接続されているようにした設備における急速減圧方法において、
   急速放出配管（８）に接続されている排気配管（９）を介して第２のハウジング部分（４）の内部からガスが吸い出され、この際急速放出がハウジング部分（１、３、４）を収容する機械室（２０）の上側で外気に向けて行われることを特徴とする設備における急速減圧方法。
2. 排気配管（９）に配置された排気ポンプ（１７）が急速放出の際に逆止弁（１８）付きのバイパス配管を通して迂回されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 少なくとも一つの第１のハウジング部分（３）および第２のハウジング部分（４）を備え、その第１のハウジング部分（３）が通常状態において水素雰囲気を過圧状態で供給され、第１のハウジング部分（３）を第２のハウジング部分（４）から分離する水素密封装置（６）が設けられ、水素密封装置（６）が故障した際に水素の過圧が急速放出配管（８）を通して放出されるようにした設備における急速減圧装置において、
   流れ技術的に一方では急速放出配管（８）に接続され他方では第２のハウジング部分（４）の内部に接続されている排気配管（９）が設けられており、急速放出配管（８）にジェットポンプ（１５）が設けられ、その吸込み配管（１６）が第２のハウジング部分（４）の内部室に対する排気配管（９）に接続され、更に機械室（２０）の屋根（１９）の上にジェットポンプ（１５）の外気に向かう出口（１４）が配置されていることを特徴とする設備における急速減圧装置。
4. 排気配管（９）に排気ポンプ（１７）が配置され、急速放出の際に排気ポンプ（１７）を迂回するために逆止弁（１８）付きのバイパス配管が設けられていることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. ジェットポンプ（１５）の全部あるいは一部が屋根（１９）の上に配置されていることを特徴とする請求項３又は４記載の装置。
6. 第２のハウジング部分（４）の中に水素の存在を検出する少なくとも一つのセンサ（１３）が配置され、このセンサ（１３）が急速放出配管（８）を開放するための弁（１０）の制御装置（１１）に測定配線（１２）を介して接続されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の装置。
7. 設備が第１のハウジング部分（３）および第２のハウジング部分（４）を貫通して延びる発電機軸（２）を備えた発電機設備であり、第１のハウジング部分（３）が発電機ハウジング（１）の内部からラビリンスパッキン（５）で分離されている水素冷却発電機の前室であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の装置。
8. 第２のハウジング室（４）が、その内部室が水素密封装置（６）によって前室（３）から分離され且つ周囲（２０）からラビリンスパッキン（７）によって分離されている軸受室（４）であることを特徴とする請求項７記載の装置。

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