JPH02266851A - 水素冷却回転電機の水素圧力調整装置 - 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） 本発明は水素冷却回転電機において、特に水素貯蔵合金
を用いて機内の水素ガス圧力を負荷変動に応じて調整で
きる水素冷却回転電機の水素圧力調整装置に関する。

（従来の技術） 回転電機、例えばタービン発電機においてはその冷却媒
体として水素ガスを用いたものがある。

この場合１機内の水素ガスはタービン発電機の単機容量
が上がるに従ってその熱容量、即ち（比重量）Ｘ（比熱
）を増加して冷却効果を上げる必要があり、特に大容量
機では機内の水素ガス圧力を例えば５．２ａｔ＋ｉにし
ているものもある。

しかるに、近年タービン発電機の使用は多用化し、常に
１００％負荷だけでなく部分負荷で使用されるととがあ
る。この部分負荷時は発電機の電気損が少なく、冷却上
水素ガス圧力を１００％負荷時と同じ５．２ａｔ醜のま
まにしておく必要がない１部分負荷時に機内の水素ガス
圧力を５．２ａｔ＠のままにしておくと１回転子の風損
、ファン動力が１００％負荷時と変わらないため１発電
機の効率が低下する。

そこでこのような場合には機内の水素ガス圧力を下げる
ことにより回転子の風損、ファン動力が減少し、発電機
の効率を向上させることができる。

ところで、従来の水素冷却回転電機においては機内の水
素ガスを高圧の水素ガスボンベにより注入するようにし
ており、従って機内の水素ガス圧力を負荷の変動に応じ
て調整するには機内がら水素ガスを放出させたり、高圧
の水素ガスボンベより再注入する方式を用いていた。し
かしこの方式は水素ガスの注入や放出のための操作が繁
雑であると共に水素ガスを取扱う上で安全対策を十分に
施しておく必要があり、また水素ガスの消耗量が多大な
ものとなるため、エネルギーの有効利用と言う観点から
見ても問題がある。

また、かかる問題を解決するものとして、例えば実開昭
５５−１２７２０号公報に記載された発明のようにター
ビン発電機の機内の水素ガス圧力を負荷の変動に応じて
圧力調整機構により調整できるようηく にしたもの噂ある。

第３図はこのような従来の水素冷却タービン発電機にお
ける水素ガス圧力調整系を示すものである。すなわち、
第３図に示すように外部負荷系統に接続されたタービン
発電機１１において、その機内１２には水素ガスボンベ
１３に充填された水素ガスが圧力調整弁１４を介して供
給可能にしてあり、また機内の水素ガス圧力制御系とし
ては機内に圧力制御弁１５を介して連通ずるレリーフ水
素リザーブ室１６、このリザーブ室１６の容積を調整し
て機内１２の水素ガスを流出入させるピストン１７、こ
のピストン１７を駆動するピストン駆動機構１８及びタ
ービン発電機１１の出力により負荷の大きさを検出し、
その負荷変動に応じてピストン駆動機構１８に駆動指令
を与えると共に圧力調整弁１５に対しては開閉指令を与
える負荷追従機構１９から構成されている。

したがって、このような構成のタービン発電機の水素ガ
ス圧力調整系において、通常は圧力調整弁１４によって
水素ガスボンベ１３の圧力を減圧して一定になるように
制御され、また負荷変動がある時は負荷追従制御機構１
９からの指令に基づいてピストン１７を駆動してリザー
ブ室１６の容積を調整すると共に圧力調整弁１５の開度
を制御することによりタービン発電機１２の機内水素ガ
ス圧力を負荷変動に応じて調整することができる。

しかし、かかるタービン発電機の水素ガス圧力調整系で
はリザーブ室１６の容積をリザーブ室内周面を摺動する
ピストン１７により調整するようにしているため、この
ピストン１７とリザーブ室内周面との間のシールが十分
なされていないと機内と連通している側の高圧状態にあ
る水素ガスが大気状態にあるピストン背部側にリークし
て爆発につながる恐れがある。

そこで、最近では前述したようなレリーフ水素リザーブ
室及びこのリザーブ室の容積を調整するピストン等の駆
動装置を用いずに機内の水素ガス圧力を簡便に、しかも
水素ガスの消耗をなくして調整可能な水素貯蔵合金の使
用が考えら九でいる。

この水素貯蔵合金は水素を非常によく吸収する性質を有
するチタンやミツシュメタルなどの金属原子を組合わせ
たもので、温度を下げるか圧力を上げると水素ガスを吸
収して発熱し５逆に温度を上げるか圧力を下げると吸収
した水素ガスを放出して周囲から熱をうばう性質があり
、また送り込む水素ガスの圧力値によって合金自体の温
度も変化し、逆に合金自体の温度を変えることによって
発生する水素ガスの圧力も異なるという相関関係を有し
ているものである。

第２図はケース内に水素ガスと共に充填された水素貯蔵
合金の特性例を示すものである。すなわち、第２図に示
すように水素貯蔵合金の温度を５０℃に保つとケース内
の平衡水素ガス圧力は５＋２ａｔｍとなり、これを４０
℃に冷却してやると水素を吸着して平衡水素ガス圧力は
４．０ａｔＩ１１になる。この状態から再び水素貯蔵合
金の温度を５０℃に上昇するとケース内の平衡水素圧力
は５，２ａｔｍとなる。

したがって、このような水素貯蔵合金の特性を利用すれ
ば水素冷却タービン発電機の機内水素圧力を負荷に応じ
て変えることができる。

（発明が解決しようとする課題） この場合、水素貯蔵合金の温度制御は通常ヒータ及びク
ーラ等を用いて強制的に行ない、機内の水素ガス圧力を
コントロールするわけであるが、負荷状況に応じてその
都度ヒーターの入切、冷却水バルブの開閉等を行なう必
要がある。この一連の操作は複雑かつ危険性をともなう
ものであり、人間系を介した場合−歩あやまると水素貯
蔵合金の加熱、過度の冷却による機器損傷にも至る場合
がある。又、この様な場合にはガス圧力調整機能が失わ
れ、水素冷却タービン発電機を最適ガス圧力で運転する
ことができなくなる。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は爆発の危険のない静止形にして水素冷却回転電
機の機内に対して水素ガスの注入や排出を行なうことが
できると共に機内の水素ガス圧力を負荷の変動に応じて
容易かつ安全に調整することができ、もって水素冷却回
転電機を高効率で運転することができる水素冷却回転電
機の水素圧力調整装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明はかかる目的を達成するため、水素ガスにより冷
却される回転電機と、温度変化により水素ガスを放出ま
たは吸着する水素貯蔵合金を収納したケースとを配管に
て連通させて接続するとともに、前記回転電機の出力電
流を検出する手段と、この出力電流により水素貯蔵合金
の温度制御を行う温度制御装置とを備えこの温度制御装
置の出力信号を用いて水素貯蔵合金の冷却又は加熱の制
御を行い機内水素ガス圧力を負荷変動に応じて自動的に
調整できるように構成したことを特徴とするものである
。

（作用） 本発明は上記のように構成されており、水素ガスにより
冷却される回転電機と温度変化により水素ガスを放出ま
たは吸着する水素貯蔵合金ケースを配管において連通さ
せて接続し回転電機の出力電流を水素貯蔵合金を制御す
るための温度制御装置に入力し、この温度制御装置の出
力信号により水素貯蔵合金ケース内に設けられたヒータ
又はクーラをコントロールするようにしたので回転電機
の負荷変動に応じて自動的に水素ガス圧力を調整するこ
とができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る水素冷却回転電機の水素圧力調整
装置の構成例を示すものである。第１図において１は水
素冷却回転電機、例えばタービン発電機である。２は水
素貯蔵合金収納ケース、３は水素冷却回転電機１と水素
貯蔵合金収納ケースを連通接続するための連通配管、４
は連通配管の途中に設けられたバルブ、５は水素冷却回
転電機１の出力電路、６はこの出力電路の途中に設けら
れた出力電流検出器、例えば計器用変成器（ＣＴ）であ
る。７は出力電流検出器６からの信号を受は水素貯蔵合
金の冷加熱を判断し制御するための温度制御装置、８は
加温用出力信号、９は冷却用出力信号、１０はヒータ、
１１はクーラである。１２はクーラの冷却水を制御する
ための電動弁、１３はヒタ用電源である。１４は水素冷
却回転電機１の機内ガス圧力信号である。

水素ガスにより冷却される回転電機１と温度変化を利用
して水素ガスを放出または吸着する水素貯蔵合金を収納
したケース２は連通配管３によって接続されている為、
水素貯蔵合金を冷加熱すれば回転電機１内の水素ガス圧
力を自由に変えられるわけであるが、本構成の場合、回
転電機１の出力電路５に設けた出力電流検出器６によっ
て負荷状態を即座にとらえることができ、この負荷状態
、すなわち出力電流検出器６にて得られた信号を温度制
御装置７に入力する構成としている。温度制御装置７に
は回転電機１の各負荷条件における最適ガス圧力データ
が入力してあり、この基準値を出力電流検出器６から得
られた信号の大きさで変化させ機内ガス圧力信号１４と
比較し、加熱すべきか冷却すべきの判断を行い、水素貯
蔵合金の加熱が必要と判断した場合、すなわち回転電機
１の出力が増加し、水素ガス圧力を増加したい場合には
水素貯蔵合金より水素を放出させるべく加温用出力信号
８を出し、ヒータ用電源１３の電圧制御により運転する
とともにヒータ１０に電流を流す。又、逆に湿度制御装
置７で冷却すべきであるとの判断が出た場合には、回転
電機１の出力が減少し水素ガス圧力を減少させ、水ｉ所
蔵合金によって回転電機ｌ内の水素を吸着し水素圧力を
下げるべく冷却用出力信号９を出し、電動弁１２の開度
制御によってクーラ１１に冷却水を通水する。尚、温度
制御装置７は加温、冷却の同時信号が出ないよう構成さ
れていると同時に加温時にはクーラ用バルブを閉操作す
るようになっている。連通配管に設けられたバルブ４は
回転電機１が運転中は常に開となっている。

以上のべたように本実施例の場合には回転電機の出力電
流を水素吸蔵合金用の温度制御装置に入力して制御する
ため回転電機出力に見合った水素ガス圧力コントロール
が可能となり、回転電機は常に最高効率で運転すること
ができる。

尚、水素貯蔵合金は冷加熱の信号を受けても即座に回転
電機内の圧力を適正値（指定値）までもっていくことが
できない為、温度制御装置内にはある幅の負荷変動に対
しては動作をしなくともよい不感帯域を設けても同様な
作用、効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように回転電機の出力電流を水素吸蔵合金
用の温度制御装置に直接入力し、その大きさに応じて水
素吸蔵合金の冷加熱を直接制御するため２回転型機の負
荷が変動しても、その変動の大きさに応じ水素ガス圧力
を容易かつ安全にしかも自動的に調整することができ、
もって水素冷却回転電機を常に最高効率で運転すること
が可能である。尚、述べるまでもな〈従来のガスボンベ
方式とことなり、危険のない静止形としたため、爆発等
の危険度も大きく低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水素冷却回転電機の水素圧力調整
装置の一実施例を示す構成図、第２図は水素貯蔵合金の
特性を説明するための特性図、第３図は従来の水素冷却
回転電機の水素圧力調整系を示す構成図である。 １・・・水素冷却回転電機 ２・・・水素貯蔵合金収納ケース ３・・・連通配管 ４・・・バルブ ５・・・回転電機出力電路 ６・・・出力電流検出器 ７・・・温度制御装置 ８・・・加温用出力信号 ９・・・冷却用出力信号 １０・・・ヒータ １１・・・クーラ １２・・・電動弁 １３・・・ヒータ用電源 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 杢 第１図 １度 （０Ｃ） 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素ガスにより冷却される回転電機と、温度変化により
   水素ガスを放出または吸着する水素貯蔵合金を収納した
   ケースとを配管に連通させて構成した水素冷却回転電機
   の水素圧力調整装置において、前記回転電機の出力電流
   を検出する手段と、検出した出力電流によって水素貯蔵
   合金の温度制御を行う温度制御装置とを備え、この温度
   制御装置の出力信号により水素ガス圧力を負荷変動に応
   じて自動的に調整することを特徴とする水素冷却回転電
   機の水素圧力調整装置。