JP5844981B2 - 発電電動機械用フィルタシステム - Google Patents

Description

本発明は、概して水素冷却発電機の技術に関し、より詳細には、水素冷却発電機用フィルタシステムに関する。

一部の発電所システム、例えば、特定の原子力、単純サイクル及び複合サイクル発電所システムは、運転中に、大量の熱を発生させる発電機用の冷却剤として水素を使用する。水素の高い熱容量、低い密度、及び風損の低減能力により、発電機の出力及びシステム全体の効率が向上する。これらの性能によって、発電機内で高レベルの水素密度を維持することが望ましくなる。しかし、これらの発電機内で水素の純度を維持することは、一般的に費用がかかる。一部の発電システムは、発電機又はドレン拡張部内からのガス混合物の一部を抽出し、ガス混合物の一部を周囲に排気し、クリーンな水素と交換する掃気システムを介して、水素を除去する。

水素冷却発電機は、多くの場合、排出槽を含むシール油又は潤滑油ドレンシステムを含む。排出槽は、混入水素を潤滑油から逃がすことができる。水素が除去された後、潤滑油は発電機に再導入される。運転中、潤滑油は発電機の回転部品に沿って流れ、排出槽に移行する前に水素を取り込む。排出槽内で、水素は潤滑油から流出又は上昇する。潤滑油は蓄積し、最終的には、給水塔を超えて流れて再生槽へ向かって流れる。

米国特許７５５２６２２Ｂ２号

水素は冷却するために発電機内を循環し、この水素がその純度レベルを低下させ得る様々な汚染物質を取り込む可能性がある。場合によっては、排出された水素を再生して発電機に再導入することもでき、この水素が汚染される可能性もある。水素の高い純度レベルを維持することが望ましく、一般的に、この純度レベルは水素検知システムによって測定される。純度レベルが所望の閾値を下回ると、一部の水素をパージし、全体の純度レベルを所望の範囲に戻すためにクリーンな水素を添加できる。

水素サンプルは、一般的に発電機の様々な部分から得られる。例えば、発電機及び排出槽の高圧域及び低圧域からのサンプルを得ることができる。使用されるサンプリング装置は、ガス流中の非水素成分によって容易に汚染され得る高感度装置である。例えば、潤滑油は、水素サンプル中にガス状又は液状形態で存在できる。この潤滑油は、水素センサを汚染し、それらを不正確又は動作不可能にする可能性がある。

本発明の第１の態様は、水素冷却発電電動機械用のフィルタシステムを提供しており、第１導管を介して発電電動機械の構成部品に流動的に接続されたフロートトラップと、第２導管を介してフロートトラップに流動的に接続されたフィルタと、第３導管を介してフィルタに流動的に接続されたフロースイッチとを含む。第３導管は、水素制御装置に流動的に接続される。

本発明の第２の態様は、フィルタシステムを有する水素冷却発電電動機械を提供する。フィルタシステムは、第１導管を介して発電電動機械の構成部品に流動的に接続されたフロートトラップと、第２導管を介してフロートトラップに流動的に接続されたフィルタと、第３導管を介してフィルタに流動的に接続されたフロースイッチとを含む。第３導管は、水素制御装置に流動的に接続される。

本発明のこれら及びその他の態様、利点及び顕著な特徴は、図面全体を通して同じ参照符号で同様の部品を示す添付図面と関連させて本発明の実施形態を開示している、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

発電電動機械システムの簡単な概略図である。 図１の発電電動機械システムで利用できる１つの既知のドリップレッグの概略図である。 本発明の態様に従って、図１の発電電動機械システムで使用できるフィルタシステムの概略図である。 本発明の態様に従って、図３のフィルタシステムを組み込んだ発電電動機械システムの概略図である。

図１を参照すると、水素冷却発電機１１０は、第１又はタービン端１１２及び第２又はコレクタ端１１４を含む回転シャフト１２０を備える。タービン端１１４は第１シール１２２を含むのに対して、コレクタ端１１４は第２シール１２４を含む。第１及び第２シール１２２及び１２４は、シール油等の潤滑油を必要とし、これは以下に詳述するような方法でドレンシステムに回される。シール油は、特に第１及び第２シール１２２及び１２４の周囲の領域において発電機１１０から漏れる水素ガスを低減する。図示の例示的な実施形態では、水素冷却発電機１１０は、シール油ドレン拡張部１３０を含むドレンシステムを備える。シール油ドレン拡張部（ＳＯＤＥ）１３０は、管の長い水平長即ち槽からなっており、シール油ドレン拡張部システムから出る前に油から水素を排出するのに役立つ大表面積を提供する。ＳＯＤＥ１３０内には別個のチャンバ、例えば、タービン端シール１２２用のタービン端ＳＯＤＥ１３２及びコレクタ又はコイル端シール１２４用のコレクタ端ＳＯＤＥ１３４が存在する。ＳＯＤＥ１３０は、導管１３６及び１３８を介して第１及び第２シール１２２，１２４に流動的に連結される。

水素制御装置１４０は、発電機１１０及びＳＯＤＥ１３０内のガス混合物を監視する機能を実行する。ガス混合物組成物は、空気／二酸化炭素、二酸化炭素／水素、水素／空気の混合物、及びその他の所望のガス又はガス混合物に関する容積百分率で示すことができる。水素又は水素／空気組成物の監視は、発電機１１０の通常運転中に使用できる。水素制御装置１４０は、ＳＯＤＥ１３０からのガスの連続掃気率を設定する手段だけでなく、ＳＯＤＥ１３０及び／又は発電機１１０内の水素の純度レベルを上昇させるために掃気率を増加させる手段を提供する。発電機よりもＳＯＤＥ１３０からの掃気によって、発電機１１０内の水素の所望の純度レベルを維持するのに必要な掃気量を減少させることができる。

様々な導管又は管は、ガス状混合物のサンプリングを可能にするためにＳＯＤＥ１３０及び発電機１１０から通じている。導管１５２は、発電機（例えば、高圧側）から水素制御装置１４０の入力端に接続される。導管１５４は、発電機（例えば、低圧側）から水素制御装置１４０の別の入力端に接続される。導管１５６は、タービン端ＳＯＤＥ１３２から水素制御装置１４０の入力端に接続されるのに対し、導管１５８は、コレクタ端ＳＯＤＥ１３４から水素制御装置１４０の入力端に接続される。これらの導管は全て、サンプリング及び／又は分析のために発電機システムの様々な構成部品から水素制御装置１４０にガス又はガス混合物を輸送する。

図２は、ガスサンプリング流から液体潤滑油（例えば、油）を除去するために使用される１つの既知のドリップレッグ構成２００を示す。一般的に、ドリップレッグ構成２００は、サンプリング位置（例えば、ＳＯＤＥ１３０及び／又は発電機１１０）と水素制御装置１４０の間に設置される。ドリップレッグ構成２００は、１つ以上の弁２２０，２３０に通じる下方傾斜導管２１０を含む。弁２２０，２３０は、ドレン２４０に流れ込む。上方傾斜導管２５０は、水素制御装置１４０の入力端に通じている。導管２１０及び２５０の傾斜は、できれば潤滑油がドリップレッグ構成の下部に（重力の助けを借りて）流出するように重要であり、この潤滑油は弁２２０，２３０の作動によって除去できる。しかし、発電機の様々な部分内の圧力によって、又はその他の問題によって、液体及び／又は霧状潤滑油が導管２１０，２５０を満たすことができ、最終的には水素制御装置１４０に入る。この潤滑油は、水素制御装置内のセンサに損傷を与え、発電機の停止を引き起こす可能性がある。

図３は、本発明の態様に従ったフィルタシステム３００を示す。フィルタシステム３００は、従来技術のドリップレッグ構成２００に取って代わり、ＳＯＤＥ１３０又は発電機１１０と水素制御装置１４０の間に設置できる。例えば、フィルタシステム３００は、導管１５２，１５４，１５６，１５８と同一線上に、或いは発電機又は発電機構成部品と水素制御装置１４０の間をフィルタにかけるための特定の用途に望ましい他のどこかに設置できる。

フィルタシステム３００は、弁３０５、導管３１０、フロートトラップ３２０、弁３２５，３２７、ドレン３２９、導管３１２、フィルタ３３０、弁３３５，３３７、ドレン３３９、導管３１４、フロースイッチ３４０、及び弁３５０を含む。フィルタシステム３００への入力端は、弁３０５を含む導管３１０から始まり、ＳＯＤＥ１３０又は発電機１１０に接続できる。或いは、フィルタシステムへの入力端は、発電機システム内の任意の所望の要素に接続できる。導管３１０は、好ましくはフロートトラップ３２０に対して下方に傾斜する。フロートトラップ３２０は、ガス流の通過を許可するが、流体又は液体流を制限する。水素又はその他のガス混合物は、フロートトラップ３２０を通過できる。しかし、導管３１０を通る一定又は相当の（例えば、液状形態の）油の流れが存在した場合、フロートトラップ３２０は閉鎖し、液体の更なる流れがフィルタ３３０、フロースイッチ３４０及び水素制御装置１４０に到達するのを防止することになる。弁３２５及び３２７は、ボール弁形式（又はその他の適切な形式の弁）にすることができ、常開及び／又は常閉であるように構成しても良い。ドレン３２９は、分離槽として構成でき、排液は潤滑油槽に戻されるか埋立地に送られる。

導管３１２は、フロートトラップ３２０からフィルタ３３０の入力端へ通じている。好ましくは、フィルタ３３０は癒着型フィルタであるが、特定の用途における必要に応じて任意の適切な形式のフィルタを使用できる。癒着型フィルタは、あらゆる油又は油ミストが癒着し、弁３３５及び３３７に至るまで流出するのを可能にする。弁３３５及び３３７は、ボール弁形式（又はその他の適切な形式の弁）にすることができ、常開及び／又は常閉であるように構成しても良い。ドレン３３９は、分離槽として構成でき、排液は潤滑油槽に戻されるか埋立地に送られる。

導管３１４はフィルタ３３０から外へ出て、水素制御装置１４０への入力端の前に接続される弁３５０に入力される。フロースイッチ３４０は導管３４０に接続されて、導管３１４内の流れを監視するように機能する。閉塞即ち流量遮断の（例えば、フロートトラップ３２０が過剰な油流によって閉鎖される）場合には、フロースイッチ３４０を使用して、システム保守が必要であることを示すための警報を表示できる。

図４を参照すると、フィルタシステム３００は、本発明の態様に従って、液体潤滑油の不要な量の流れを制限することが望ましい任意の場所に設置できる。例えば、フィルタシステムは、ＳＯＤＥ１３０と水素制御装置１４０の間に設置できる。フィルタ３００がタービン端ＳＯＤＥ１３２と水素制御装置の間に設置される場合、導管１５６と同一線上に設置できる。フィルタ３００がコレクタ端ＳＯＤＥ１３４と水素制御装置の間に設置される場合、導管１５８と同一線上に設置できる。

フィルタシステム３００は、発電機１１０の高圧側と水素制御装置１４０の間に設置することもでき、この場合は、導管１５２と同一線上に設置されることになる。同様に、フィルタシステム３００は、発電機１１０の低圧側と水素制御装置１４０の間に設置することもでき、この場合は、導管１５４と同一線上に設置されることになる。

本明細書において「第１」、「第２」などの用語は、いかなる順序、数量、又は重要性も意味するものではなく、ある要素を別のものから区別するために用いられており、本明細書において単数形（「ａ」及び「ａｎ」）で記載したものであっても、数量の限定を意味するものではなく、参照されたものが少なくとも１つ存在することを意味するものである。数量に用いられる「約」という修飾語は、記載の数値を含み、文脈ごとに定まる意味を持つ（例えば、特定の数量の測定に付随する誤差の範囲を含む）。本明細書で用いる「（ｓ）」という接尾辞は、それを付した語の単数形と複数形を包含することによって、その用語のものが１つ以上存在することを意味する（例えば、ｍｅｔａｌ（ｓ）は１種以上の金属を包含する）。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術的思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換又は同等の構成を組み込むように修正できる。更に、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１１０ 発電機
１１２ タービン端
１１４ コレクタ端
１２０ シャフト
１２２ 第１シール
１２４ 第２シール
１３０ シール油ドレン拡張部（ＳＯＤＥ）
１３２ タービン端ＳＯＤＥ
１３４ コレクタ端ＳＯＤＥ
１３６ 導管
１３８ 導管
１４０ 水素制御装置
１５２ 導管
１５４ 導管
１５６ 導管
１５８ 導管
２００ ドリップレッグ
２１０ 導管
２２０ 弁
２３０ 弁
２４０ ドレン
２５０ 導管
３００ フィルタシステム
３０５ 弁
３１０ 導管
３１２ 導管
３１４ 導管
３２０ フロートトラップ
３２５ 弁
３２７ 弁
３２９ ドレン
３３０ フィルタ
３３５ 弁
３３７ 弁
３３９ ドレン
３４０ フロースイッチ
３５０ 弁

Claims (8)

1. 第１導管（３１０）を介して発電電動機械の構成部品に流動的に接続されたフロートトラップ（３２０）と、
   第２導管（３１２）を介して前記フロートトラップ（３２０）に流動的に接続された癒着型フィルタ（３３０）と、
   第３導管（３１４）を介して前記フィルタ（３３０）に流動的に接続されたフロースイッチ（３４０）とからなり、
   前記第３導管（３１４）は、水素制御装置（１４０）に流動的に接続され、
   前記水素制御装置（１４０）は、前記発電電動機械内のガス混合物を監視し、監視されたガス混合物に基づいて前記構成部品からのガスの掃気率を設定する手段を提供する、
   水素冷却発電電動機械用のフィルタシステム（３００）。
2. 前記フロートトラップ（３２０）は、所定量の流体が前記フロートトラップに入ると、前記第２導管を通る流体流を制限するように構成される、請求項１に記載のフィルタシステム。
3. 前記流体は油である、請求項２に記載のフィルタシステム。
4. 前記フロートトラップ及びドレン（３２９）に流動的に接続された少なくとも１つの弁（３２５，３２７）を更に含む、請求項２に記載のフィルタシステム。
5. 前記発電電動機械の前記構成部品と前記水素制御装置（１４０）の間に接続された弁（３０５）を更に含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
6. 前記発電電動機械の前記構成部品は、
   発電機（１１０）及びシール油ドレン拡張部（１３０）からなる群の少なくとも１つから選択される、請求項５に記載のフィルタシステム。
7. 前記フィルタと前記水素制御装置（１４０）の間に接続された弁（３５０）を更に含む、請求項１に記載のフィルタシステム。
8. 前記発電電動機械は、発電機及びモータの少なくとも１つである、請求項１に記載のフィルタシステム。