JPH02115755A - 回転電機の冷却水循環系異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、水素等の冷ｆＪｌ性能のよい気体を回転子
冷却用の熱媒体として用い、冷却水循環系を流れる冷却
水によって固定子を冷却ケる発電機等の回転電四であっ
て、上記冷却水循環系の配管亀裂等の界雷を検出する回
転￥ｉ機の冷却水循環系異常検出装置に閏する。

（従来の技術） 一般に回転電機の中には、主として固定子側を、冷ＩＪ
Ｉ水循環系を流れる冷用水を用いて冷ｕ１シ、回転子側
を、水素ガス等のように熱伝；を串が大きくて比較的冷
却性能のよい冷し１気体を大気圧以」−に加圧して冷却
さυるものがある。このような回転電機では、冷却水循
環系の絶縁接続管秀から冷加水循環系配管内へ水素ガス
等の冷ＩＡ気体が微小ながら侵入し、この冷却気体が冷
却水循環系の冷却水貯留タンク内において析出すること
がある。

そこで、冷加水循環系配管における回転′Ｊ３曙内配管
の破損を、上記析出した冷却気体の吊によって検出する
回転電機の冷却水循環系異常検出装置が提案されている
。

このような従来の異常検出装置では、冷却水貯留タンク
に析出される水素ガスを大気中へ放出する大気放出管の
途中に水素ガス１度測定器を設置し、この水素ガスａｌ
ｆＳ定器が所定以上の水素ガス１度を横用したときに警
報を発し、冷却水循環系の配管の異常を検出している。

（発明が解決しようとする課題） ところで、従来の回転電機の冷却水循環系異常検出装置
では、通常運転中に、冷却水貯留タンク内に析出した水
素ガスは、大気放出管を通じて人気中へ放出されるが、
ガス吊が微小であるので、大気放出管内において大気と
の拡散作用によって放出されることになる。このため、
大気放出管内において水素ガスの濃度が場所によって異
なってしまう。また、冷却水貯留タンク内は略大気圧状
態にあり、このタンク内に水蒸気、水素ガスおよび大気
がそれぞれの分圧に従って存在する。

昨今のように、大型発電機といえども電力消費量の変動
によって発電様負荷を調整する場合には、冷Ｗ７ｊＣ貯
留タンク内の温度が発電様負荷によって茗しく変化する
ので、これに応じ冷ｎ）水貯留タンク内の水蒸気圧が著
しく変化する。このため、人気が大気放出管を通じて冷
却水貯留タンク内へ出入することになり、この度に大気
放出管内の水素ガス濃度が変化してしまう。その結束、
緊急を要部る、発電機内における冷却水循環系配管の異
常検出が遅延してしまい、安全上極めて危険な事態も想
定される。

この発明は、−Ｆ記事実を考慮してなされたものであり
、発電機のような回転電機内の冷却水循環系配管の異常
を、回転電機のいかなる連戦状態においても迅速に検出
することが１：きる回転電機の冷却水循環系異常検出装
置を提供することを目的とケる。

（発明の構成〕 （課題を解決するための手段） この発明は、回転子側が冷却性能の高い高圧の冷却ガス
によって冷却され、固定子側が冷却水循環系を流れる冷
却水によって冷却される回転電機であって、上記冷却水
循環系を構成する螺旋配管の曲り内側部に配設されて、
この螺旋配管内での表面熱伝達率の変化を測定する表面
熱伝達率センサど、この表面熱伝達率センナに接続され
、測定された上記螺旋配管内での表面熱伝達率が所定頬
度以上駐準埴以Ｆとなったことを検出して警報信号を発
する計測システム部と、を有することを特徴とするもの
である。

（作用） したがって、この発明に係る回転機はの冷却水循環系異
常検出装置によれば、冷７Ｊ１水循環系配管に亀裂等が
生じて、回転子側を冷却する冷却ガスが上記配管内に侵
入し冷却水中に溶存すると、この溶存した冷却ガスは螺
旋配管にて気液分離され、螺旋配管内の曲り内１１部に
集まり、表面熱伝達率センリに衝突する。この冷却ガス
が表面熱伝達率センサに衝突するときにはこのセンサの
表面熱伝達率が低下するので、計測システム部はこの表
面熱伝達率がＵ準値以下に所定頻度以上低下したときに
これを検出して警報信号を出力し、冷却水Ｗｉ　Ｉｆｉ
系配管の異常を告知する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面にλｔづいて説明する。

第１図はこの発明に係る回転電機の冷却水循環系異常検
出装置の一実施例が適用された冷７Ｊ１水循環系を示す
系統図、第２図は第１図の要部拡大所面図である。

回転電機としての発電１１１内には冷ｎ１ガスとしての
水素がス２が充填され、この水素ガス２にＪ、って発電
機１内の図示しない回転子側が冷却される。この水素ガ
ス２は冷が性能が高いガスであり、通常約２〜５気圧に
加圧されている。

また、発電機１内には複数の固定子側冷却管ｌ管３が配
設される。この固定子側冷却管３は、絶縁チューブ４を
介して冷加水循環系５の配管６に接続される。発電機１
の固定子側は、冷却水循環系５の配管６内を矢印方向に
循環する冷却水によって冷却される。冷却水循環系５の
配管６は冷却水貯留タンク７に接続され、この配管６に
は上流側から順次循環ポンプ８、クーラ９、固定子側冷
却管および螺旋配管１０が配設され、その後配管６は冷
加水貯留タンク７に戻される。

螺旋配管１０は、配管を鉛直方向に巻き上げて構成され
る。絶縁チ１−プ４は合成樹脂から成り、この絶縁チュ
ーブ４を通って発電機１内の水素ガス２が配管６内を流
れる冷［１水中に浸入し溶存する。そこで、この螺旋配
管１０は、冷却水を旋回させることによって生ずる遠心
力により、液相を螺旋配管１０内における曲り外側部へ
、気相を曲り内側部へ移動させて、気液を分離する。こ
の分離された気相は、通常運転時には、気泡を形成する
ほど多酸には存在しない。

また、螺旋配管１０の下流側で冷却水循環系５の最上位
置に気友ぎ部１１が設けられ、この気抜き部１１に気抜
き配管１２が接続される。気抜き配管１２は、冷用水貯
留タンク７のタンク上部空間７Ａに開口されて、螺旋配
管１０にて分離された気相がタンク上部空間７Ａ内に導
かれる。一方、気広き配管１２よりも後流側の配管６は
、冷却水貯留タンク７のタンク液部７Ｂに開口される。

さらに、冷却水貯留タンク７には、タンク上部空間７△
に開口して大気放出管１３が接続される。

タンク上部空間７Ａ内には上記析出水素ガスの池水蒸気
等が充満しているので、これらの析出ガス等が大気放出
管１３を介して大気中へ放出される。

析出水素ガスが放出された冷却水貯留タンク７内の冷加
水は、循環ポンプ８によって背圧され、固定子側冷却管
３へ導かれる。

さて、螺旋配管１０の最終部分の曲り内側部に表面熱伝
達率センサ１４が配設される。この表面熱伝達率センサ
１４の先端検出面１５は、螺旋配管１０の内部に臨んで
配設される。この先端検出面１５には電気抵抗体があり
、この電気抵抗体は、表面熱伝達率センサ１４の表面熱
伝達率を常時測定できるよう通常通電によって発熱され
ている。

ここで、表面熱伝達率りは、基準となる冷却水温ＩＩ　
Ｔ　Ｗ　、電機抵抗値によって決定されるセンサ自身の
温度Ｔｓ、発熱ｆｆ１Ｑおよび表面熱伝達率センサ１４
の先端検出面１５の表面積へを用いてによって測定され
る。

表面熱伝達率センサ１４には計測システム部１６が接続
され、この計測システム部１６は上式に従った演忰を実
行して常時、先端検出面１５の表面熱伝達率を算出する
。一般に、表面熱伝達、率センサ１４の先端検出面１５
が冷却水中に没しているときには表面熱伝達率が高く、
また先端検出面１５が析出した水素ガス等の気泡に衝突
したときには表面熱伝達率が低くなる。また、計測シス
ツム部１６は、センサ自身の温度ＴＳが一定値を超過す
ることのないように、表面熱伝達率センサ１４への通電
量を制御する。さらに、計測シスツム部１６は、表面熱
伝達率が析出水素ガスの気泡に衝突することによって基
準値以下と４１す、その頻度が所定回数似１となったと
きに警報信号を出力する。

次に作用を説明する。

このように構成された冷却水循環系５において、通常時
、絶縁ヂｌ−ブ４から侵入した水素ガスｆ＋１は多くて
も数ｅｘ／分程瓜であり、冷却水中に溶存して冷却水と
ともに螺旋配管１０へ向う。この螺旋配管１０内では、
遠心力によって気液分離がなされる。通常時に螺旋配管
１０で析出Ｊる水素ガス量は極めて微小であり、気泡を
形成するほどではないため、表面熱伝達率センサ５の先
端検出面１５へ気相（析１１１シた水素ガス）が衝突し
ても、この−ｊ突によって表面熱伝達率セン＋７１４の
表面熱伝達率は殆ど変動しない。

発電機内の冷却水循環系配管６に破に１等の賃常が発生
ずると、この配管６の破損箇所から発電機１内の水素ガ
スが侵入するが、水素ガス圧が高く、しかも水素ガスの
浸透性が極めて高いので、水素ガスの侵入量は通常時の
数十倍に達する。このため、第２図に示すように、螺旋
配管１０内では、その気液分離作用によって螺旋配管１
０の曲り内側部に気泡１８となった水素ガスの気相が集
中する。このとぎ、螺旋配管１０の曲り外側部に（よ、
冷却水（液相）１７が存在する。螺旋配管１０の曲り内
側部に集中した気泡１８は表面熱伝達率センサ１４の先
端検出面１５に衝突するので、この表面熱伝達率センサ
１４の表面熱伝達率が低下する。この表面熱伝達率が銀
型値以下に低下し、その頻度が所定値以上になると、計
測システム部１６はＷ報信号を出力し、冷却水循環系の
異常を告知する。

上記実庸例によれば、螺旋配管１０はその気液分離作用
によって、冷却水中に侵入し溶存した水素ガスを螺旋配
管の曲り内側部に分離し、この位置に設置された表面熱
伝達率センサ１４は分離した析出水素ガスの衝突によっ
て低下する表面熱伝達率を１１測し、計測システム部１
６は、この表面熱伝達率が所定値頻度以上基準値以下に
低下するとこれを検出して警報信号を発する。このとき
、表面熱伝達率センサ１４がその先端検出面１５の表面
熱伝達率を常時測定するので、冷却水の４度が変化して
も冷却水と気泡（気相）の認識を正確に行なうことがで
きる。これらの結果、発電機１のいかなる運転状態にお
いても発電機１内の冷却水循環系配管５の異常を迅速に
検出できる。

また、表面熱伝達率センサ１４の表面熱伝達率の時間的
変化の程度から、侵入して溶存した水素ガスの量を準定
聞的に検出するので、冷却水循環系５の配管６の破損の
程度も１定できる。

さらに、冷却水循環系５の配管６内へ侵入して溶存した
水素ガス等の気体を冷却水循環系５の螺旋配管１０にお
いて直接検知して冷ｆＪ１水循環系５の異常を検出する
ので、水素ばかりでなく、発電Ｉ！１１内の窒素ガス等
の不燃性ガスや空気が配管６内の冷却水中に侵入した場
合にも、冷却水循環系５の異常を検出できる。

また、冷却水循環系５の運転中に冷却水の流用が変化す
ると、表面熱伝達率センサ１４の先端検出面１５におｔ
プる表面熱伝達率が変化するので。

この点に着目４れば、表面熱伝達率センサ１４の表面熱
伝達率の変化を高粘僚に測定することにより、冷却水循
環系５の配管６内を流れる冷却水の流量も測定できる。

（発明の効果） １ス上のように、この発明に係る回転電はの冷却水循環
系異常検出装置によれば、冷却水循環系を構成する螺旋
配管の曲り内側部に表面熱伝達率センサが配設されて螺
旋配管内での表面熱伝達率の変化が４測され、またこの
表面熱伝達率センサに計測システム部が接続され、この
計測接続部は計測された螺旋配管内Ｃの表面熱伝達率が
所定頻用以上基準値以下となったことを確認して警報信
号を発するので、冷ｕ１水循環系の配管に亀裂等の異常
が生じて回転電機内の冷却ガスが冷！Ｊ１水中に侵入す
ると、この４２人し溶存した冷却ガスを先端検出面の表
面熱伝達率の変化として表面熱伝達率センナが検出する
ので、回転電機のいかなる運転状態においても回転電機
の冷却水循環系配管の異常を迅速に検出できる。

面図である。

１・・・発電機、２・・・水素ガス、３・・・回転子側
冷却管、５・・・冷却水循環系、６・・・冷ｕ１水循環
系の配管、１０・・・螺旋配管、１４・・・表面熱伝達
率セン１ノー、１６・・・、ｄａｌｌｌシステム部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子側が冷却性能の高い高圧の冷却ガスによつて冷却
   され、固定子側が冷却水循環系を流れる冷却水によって
   冷却される回転電機であつて、上記冷却水循環系を構成
   する螺旋配管の曲り内側部に配設されて、この螺旋配管
   内での表面熱伝達率の変化を測定する表面熱伝達率セン
   サと、この表面熱伝達率センサに接続され、測定された
   上記螺旋配管内での表面熱伝達率が所定頻度以上基準値
   以下となったことを検出して警報信号を発する計測シス
   テム部と、を有することを特徴とする回転電機の冷却水
   循環系異常検出装置。