JP5559829B2 - 予期される故障の表示器及び流体冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体が循環する配管内の故障を予測する技術に関する。より詳しくは、本発明は請求項１及び１６に記載の特徴を有する構成に関する。

流体循環は、機械及びプロセスを冷却する一般的で効率的な方法である。流体冷却剤を熱源に流体接続して循環させることにより、冷却剤流体の熱伝導特性によって熱源からの放熱を促す。流体循環を利用した冷却の典型例はモーターの冷却であり、これには従来の循環システムが有効である。

しかしながら、遠く離れた過酷な場所での用途に対して冷却循環が望ましい場合が、ますます増えている。この種の用途の一例としては、風力タービンがある。電気とともに、風力タービンはかなりの量の廃熱を発生するため、効果的な冷却を必要とする。風力タービンは遠隔、且つ地面よりもかなり高い位置に設置されることが好ましいため、冷却装置の管理は困難である。

従来の流体循環冷却システムは、しかしながら、非常に故障し易いものである。従来のシステムは一般的に、システムの配管及び封止部材に接触する冷却液の影響によって故障してしまう。冷却液は特に、循環内で流れの早い部分または、流れの遅い部分の集中によって腐食及び浸食を引き起こす虞がある。風力タービンの周波数変換器の冷却循環システムが、例えば故障した場合、周波数変換も機能せず、工程が止まってしまう。風力タービンは、到達するのが困難であるため、その故障は長時間の中断及び重大な利益の損失につながる。

この種の冷却システムの故障に対する解決策が見出されてきた。しかしながら、上述したように、遠隔地に適切な時に到達するために故障の可能性を予測することが望まれている。この種の故障を予測し、適切な管理作業を行うために、特別な分析システムが作られた。これらの既知の分析システムは、犠牲センサー材料の腐食速度を測定し、その腐食速度に基づいて特定の循環配管の故障時間の概算を導き出すものである。この種の分析システムは、しかしながら、かなり複雑であり、高価で、適応させるのに多くの労力を要する。加えて、出力は故障の可能性を単に数値的な評価で示すのみである。結果として、この種のシステムは、風力タービンの周波数変換器を冷却するような遠隔で厳しい場所に利用する上で最適なものとは言えない。

それゆえ本発明は、単純で信頼性の高い流体循環用配管の予期される故障の表示器を提供することを目的とする。

本発明の目的は、新規な予期される故障の表示器によって達成され、当該予期される故障の表示器は、配管内で流体と直接接触する、配管よりも弱い第１犠牲部材を備える。表示器はまた、第１犠牲部材によって少なくとも部分的に流体循環から隔離されたチャンバーを備える。表示器はさらに、チャンバー内に配置され、故障した犠牲部材を経てチャンバーに流入する流体に暴露されると電気反応を生じる電気反応部材を備える。したがって、表示器は、犠牲部材の故障を直接的に表示し、また配管の故障を予測的に表示するものとして電気反応を発生させる。また、第１犠牲部材は第１故障形態に関して配管よりも弱く、表示器は、配管内で流体と直接接触し、チャンバーから流体を隔離する第２犠牲部材を備え、第２犠牲部材は第１故障形態とは異なる第２故障形態に関して配管よりも弱くなっている。更に、第１犠牲部材及び第２犠牲部材の少なくとも一方、並びにチャンバーは、配管の周方向全域に亘って設けられている。

より詳細には、本発明の予期される故障の表示器は、請求項１に記載された内容により特徴付けられる。

本発明の目的は、一方で、流体冷却剤を循環させるための配管を備えた新規な流体冷却装置によって達成される。配管は、流体冷却剤の循環によって生じる圧力に対する耐久性を有する。装置はさらに、請求項１に記載の予期される故障の表示器を備える。

より詳細には、本発明の流体冷却装置は、請求項１５に記載された内容により特徴付けられる。

本発明によって多くの効果がもたらされる。

表示器の新規な犠牲部材は配管よりも弱くなされており、工程の故障により配管が実際に漏出を起こす前に表示することができる。表示はさらに、非常に単純で、それ故信頼性が高い方法によってなされる。例えば、周波数変換器の液体冷却システム内での漏出は、周波数変換器と、それによって制御されるデバイスの故障を引起こす。本発明の予期される故障の表示器によって、起こりうる種々の損傷が発生する前に予防手段を取ったり、保守管理を行ったりすることができる。これは、とりわけ寿命が約２０年と想定される風力タービンのような遠隔のものに対して有効である。本発明はこのような厳しい状況においても信頼性の高い冷却を可能にする。以下に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態をより詳細に説明する。

本発明の一実施形態に従う予期される故障の表示器の断面図を示す。 図１の表示器の等角立面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に従う予期される故障の表示器１は表示本体部10を備え、循環配管（図示しない）に接続することが可能な２つのアダプター20,30の間に配置される。２つのアダプター20,30は、配管及び表示本体部10の両方に対応する専用接続部を備える。図１の実施形態において、アダプター20,30と配管の間の接続部はねじ結合であり、雌ねじ部21,31は配管に結合することができ、標準の寸法であることが好ましい。アダプター20,30と表示本体部10の間の接続部はそれぞれ、別の雌ねじ部23,34となっており、表示本体部10は対応する雄ねじ部13,14を有する。あるいは、上記の接続部のいずれか又は両方は、例えば係止された迅速着脱継手のような他の種類の固定手段とすることもできる。したがって、表示本体部10を、ある程度の使用に起因した故障を表示することができ、上記アダプター20、30によって任意のサイズの配管に結合可能に設計することができる。さらに、１種類の表示本体部10で異なるサイズの配管にも適用可能とすることもできる。

予期される故障の表示器１の表示本体部10はしたがって、表示器１の反応性要素を含む。表示本体部10は中空の部材であり、循環構造の一部として直列に接続することができる（図２参照）。表示本体部10は、配管からアダプター20、30を経て表示本体部10の内部に流れる流体40と直接接触する第１犠牲部材11を備える。第１犠牲部材11は配管よりも弱くできており、循環する流体による任意のひずみの下で、配管より早く故障する。異なる故障の種類についての寸法及び設計を以下に記載する。

表示本体部10はさらに、第１犠牲部材11によって少なくとも部分的に流体循環40から隔離されたチャンバー18を備える。チャンバー18は、表示本体部10の内部空洞として形成されることができる。したがって、第１犠牲部材11は、循環流体40をチャンバー18の外側、すなわち、表示本体部10の内部に保つための隔壁として作用する。電気反応部材15,16は、チャンバー18に配置される。電気反応部材15,16は、故障した犠牲部材11を経てチャンバー18に流入する流体40に暴露されると電気反応を生じることができる。

一実施形態において、電気反応部材15,16は、第１導体15及び第２導体16を備え、第２導体16はチャンバー18の内部で第１導体15から間隔をあけて配置される。導体15,16は、流体40がチャンバーに流入し、流体40が導体15,16の間で電気的な接触を形成するよう配置される。表示器１は、犠牲部材11の故障を直接的に表示し、また配管故障の予測的に表示するものとして電気反応を生じる。導体15,16は、導管を経て制御回路（図示せず）に接続することができ、制御回路は、犠牲部材の故障を示すものとして、導体15,16間の接触を表す出力信号を発生させる。このような回路は、表示器の一部とすることができ、または外部デバイスとすることもできる。回路は、導体15,16の抵抗や電圧等の特性を測定するのに用いられる。導体15,16が流体によって電気的に接続される程度にまでチャンバー18に流体が満たされると、導体15,16間の抵抗が減少し、それは犠牲部材11の故障を示す。

さらなる実施形態において、表示器１は、犠牲部材11の故障を視覚的に確認するための透明壁17を備える。透明壁17が配置されたことで、チャンバー18の内部を表示本体部10の外側から視認可能にする。透明壁17はしたがって、表示本体部10の外表面を形成し、チャンバー18は透明壁17によって部分的に画定される。透明壁17によって、犠牲部材11の故障を外側から確認することができるようになり、チャンバー18が流体で満たされているとより明確に視認できるため、電気反応と合わせて、さらに信頼性を向上することができる。

本発明に従う予期される故障の表示器１は、1つ以上の故障形態を表示するものとすることができる。例えば、第１犠牲部材11は配管（図示しない）の壁に相当するものとすることができ、配管及び第１犠牲部材11は実質的に同様の耐久特性を有し、第１犠牲部材11の壁の厚さは、配管のそれよりも小さい。第１犠牲部材11及び配管は同様の耐久性を有するが、犠牲部材11は配管よりも薄くなっているため、犠牲部材11の方が配管よりも早期に故障することになる。このような効果は、犠牲部材11と配管を同じ材料または実質的に同様の材料で製造することによって得られる。犠牲部材11の故障と配管の故障の間に十分な差を設けるために、配管と犠牲部材の関係する壁の厚さは、対象とする用途に応じて異なる。通常、犠牲部材の壁の厚さは、対応する配管の壁の厚さの約半分かそれ以下である。したがって、犠牲部材11は配管よりも流体循環40によって生じる圧力に対する壁の耐久性が低くなっている。したがって、故障形態は浸食である。

あるいは、または、さらに、予期される故障の表示器１は第２犠牲部材を備えることができる。第２犠牲部材は、第２チャンバー（図示しない）を使用する時に確認するための部材として機能することができる。あるいは、第２犠牲部材は異なる故障形態を表示するものとすることができる。一実施形態において、表示器１は第２犠牲部材12を備え、配管内で流体40と直接接触して、チャンバー18から流体40を隔離し、第２故障形態に関して配管よりも弱くなっている。この実施形態にあっては、第１犠牲部材11は第２故障形態とは異なる第１故障形態に関して配管よりも弱くなっている。例えば、第２犠牲部材12は、配管に使用される封止部材よりも弱いものとすることができる。

さらなる実施形態において、表示器１は第３犠牲部材13,14を備え、配管内で流体40と直接接触し、チャンバー18から流体40を隔離する。第３犠牲部材13,14はさらに、第１及び第２故障形態とは異なる第３故障形態に関して配管よりも弱いものとなっている。図１の例において、第３犠牲部材13,14は、表示本体部10とアダプター20、30の間でねじ結合され、配管の部品間の連結具のような役割を果たしている。したがって、上記の結合部13,23;14,34は、通常の配管に使用される連結具に対応して表示器１が使用されるように設計される。ねじとガスケットの間の弱い部分はこのようにして形成される。

上述のように、それぞれの犠牲部材は、異なる故障形態で故障するように設定することができる。故障形態は、配管内の粘性流の摩耗効果によって引き起こされる侵食による故障、圧力衝撃による故障、低流量部分の循環流体の集中によって引き起こされる腐食による故障とすることができる。例えば、それぞれ第１故障形態を侵食とし、第２の故障形態を圧力衝撃、第３の故障形態を腐食とすることができる。その他の重要な故障形態は、スポット及び隙間の腐食を含む。実際には、各または１つの犠牲部材は、各形態の組合せ（例えば、侵食と圧力衝撃）によって故障を表示するものとすることができる。表示器１はさらに、特定の故障形態による影響を受けやすいと考えられる配管部分に設置されることができる。例えば、犠牲部材11を有する表示器１は、侵食を表示し、システム内で最も流れの早い配管の部分に配置される。したがって、犠牲部材12を有する表示器１は、集中による腐食を表示し、システム内で最も流れの遅い配管の部分に配置される。

典型的な循環流体は、水、グリコール及び凝結遅延剤の混合物である。１つの特に重要な故障形態はスポット腐食である。したがって、第２犠牲部材12は（一実施形態によれば）、停滞した流れの状況に置かれる部品であり、配管よりも早くスポット腐食により故障するようになされている。

本発明は、幅広い用途に使用することができるが、表示器１は特に風力タービンの周波数変換器の冷却配管に使用するのに適している。したがって、本発明はさらに、周波数変換器の流体冷却装置に関する。その装置は、循環する流体冷却材のための配管（図示しない）を備える。配管は、流体冷却剤の循環によって生じる圧力に対する耐久性を有する。流体冷却剤の循環による圧力に対応する故障形態は、上述の通りである。装置は、配管と流体接続して配置された予期される故障の表示器１を備え、流体冷却材の配管への循環に起因する故障を予測する。上記の予期される故障の表示器１は、配管内で流体に直接接触する第１犠牲部材11を備え、第１犠牲部材11は配管よりも弱い。表示器はさらに、第１犠牲部材によって少なくとも部分的に流体循環から隔離されたチャンバー18を備える。表示器はさらに、電気反応部材15,16を備え、電気反応部材15,16はチャンバー18内に配置され、犠牲部材11の故障を経てチャンバー18に流入する流体40に暴露されると電気反応を生じることができる。したがって、表示器１は、犠牲部材11の故障を直接的に表示し、また配管の故障を予測的に表示するものとして電気反応を発生させることができる。

１ 予期される故障の表示器
10 表示本体部
11 第１犠牲部材、例えば壁
12 第２犠牲部材、例えば封止部材
13 第３犠牲部材、例えばねじ部
14 第３犠牲部材、例えばねじ部
15 第１導体
16 第２導体
17 透明壁
18 チャンバー
20 アダプター
21 ねじ部
23 ねじ部
30 アダプター
31 ねじ部
34 ねじ部
40 流体循環

Claims (15)

1. 流体循環用配管のための予期される故障の表示器（１）であって、該表示器（１）は、
   配管内で流体（４０）と直接接触する、前記配管よりも弱い第１犠牲部材（１１）と、
   第１犠牲部材（１１）によって少なくとも部分的に流体循環（４０）から隔離されたチャンバー（１８）と、
   チャンバー（１８）内に配置され、故障した犠牲部材（１１）を経てチャンバー（１８）に流入する流体（４０）に暴露されると電気反応を生じる電気反応部材（１５，１６）とを備え、
   前記表示器（１）は、犠牲部材（１１）の故障を直接的に表示し、また配管の故障を予測的に表示するものとして電気反応を発生させ、
   前記第１犠牲部材（１１）は第１故障形態に関して配管よりも弱く、前記表示器（１）は、前記配管内で前記流体（４０）と直接接触し、前記チャンバー（１８）から前記流体（４０）を隔離する第２犠牲部材（１２）を備え、第２犠牲部材（１２）は前記第１故障形態とは異なる第２故障形態に関して前記配管よりも弱くなっており、
   前記第１犠牲部材（１１）及び前記第２犠牲部材（１２）の少なくとも一方、並びに前記チャンバー（１８）は、前記配管の周方向全域に亘って設けられていることを特徴とする表示器。
2. 請求項１に記載の予期される故障の表示器において、前記電気反応部材は第１導体（１５）及び第２導体（１６）を備え、前記第２導体（１６）は前記チャンバー（１８）内で、前記第１導体（１５）と間隔をあけて配置され、流入した流体（４０）が導体（１５，１６）間で電気的な接触を形成する表示器。
3. 請求項２に記載の予期される故障の表示器において、前記電気反応部材は、前記導体（１５，１６）との接触を示す電気特性を測定するための回路に接続可能である表示器。
4. 請求項３に記載の予期される故障の表示器において、前記電気特性が、前記導体（１５，１６）間の抵抗または電圧である表示器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、チャンバー（１８）がさらに透明壁（１７）によって少なくとも部分的に区画され、前記第１犠牲部材（１１）の故障が外側から視認可能である表示器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、犠牲部材（１１）は配管よりも、流体循環（４０）によって生じる圧力に対する壁の耐久性が低い表示器。
7. 請求項６に記載の予期される故障の表示器において、前記第１犠牲部材（１１）の壁の厚さが配管のそれよりも小さく、配管の材料と同様の耐久特性を有する材料からなる表示器。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、第２犠牲部材（１２）が、前記配管内の封止部材よりも弱い封止部材である表示器。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、前記表示器（１）は、前記配管内で前記流体（４０）と直接接触し、前記チャンバー（１８）から前記流体（４０）を隔離する第３犠牲部材（１３，１４）を備え、第３犠牲部材（１３，１４）は前記第１及び第２故障形態とは異なる第３故障形態に関して前記配管よりも弱くなっている表示器。
10. 請求項９に記載の予期される故障の表示器において、前記第３犠牲部材（１３，１４）は前記配管の部材間の結合と同様のねじ結合を有する表示器。
11. 請求項１又は９に記載の予期される故障の表示器において、前記故障形態が侵食、圧力衝撃耐久性、スポット腐食、隙間腐食の群から選択される表示器。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、前記チャンバー（１８）、前記電気反応部材（１５，１６）、前記犠牲部材（１１，１２，１３，１４）、及び前記配管に接続するための接続部（１３，１４）を収容する表示本体部（１０）を備える表示器。
13. 請求項１２に記載の予期される故障の表示器において、前記表示器（１）は、前記表示本体部（１０）に対応する接続部（２３，３４）及び配管に接続するための、ねじ部のような他の接続部（２１，３１）を有するアダプター（２０，３０）を備えた表示器。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の予期される故障の表示器において、前記配管が、周波数変換器の冷却配管である表示器。
15. 流体冷却剤を循環させるとともに、流体冷却剤の循環による圧力に対する耐久性を有する配管、及び
    配管と流体接続して、配管への流体冷却剤の循環によって引起こされる故障を予測する予期される故障の表示器（１）を備え、
    前記予測される故障の表示器（１）が請求項１〜１３のいずれか一項に記載の表示器であることを特徴とする流体冷却装置。

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