JPH10262351A

JPH10262351A - 水冷発電機固定子コイルの製造方法

Info

Publication number: JPH10262351A
Application number: JP6606897A
Authority: JP
Inventors: Taku Honda; 卓本田; Kazutoshi Ito; 和利伊藤; Kazumi Fujii; 和美藤井; Kazuo Goto; 和夫後藤; Takashi Haruta; 孝春田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高耐食性を有する銅系材料で構成された水冷発
電機固定子コイルの製造方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、固定子コイルを構成する中空素
線の冷却水に接する表面に、あらかじめ酸化処理により
銅酸化皮膜を形成したのち、固定子コイルを組み立てる
製法にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は銅系材料の腐食を抑
制した新規な水冷発電機固定子コイルの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気機器は大容量化に伴い、そ
の冷却が性能確保や小型化のために必要となる。

【０００３】大型のタービン発電機では、実公昭58−40
782 号公報，実公昭59−8449号公報に示すように、機内
に水素ガスを封入し、固定子コイル冷却中空素線内部に
水を通す水冷却方式が多く用いられている。

【０００４】この方式では、貯水槽の水を冷却器を介し
てポンプで循環するが、水はイオン交換樹脂及びフィル
ターを通すことにより高純度に保たれている。固定子コ
イルの端部とコネクションパイプとは素線箱体によりろ
う付け接合されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水冷却系では、運転中
に銅系材料の中空素線が腐食すると、腐食生成物がフィ
ルターに付着して目詰まりを生じたり、中空素線内部に
堆積して冷却水流量を低下させ、コイル温度が上昇する
ことにより絶縁破壊を生じる懸念がある。

【０００６】本発明の目的は、中空素線の高耐食化を図
る水冷発電機固定子コイルの製造方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、中空素線
の冷却水に接する表面に、あらかじめ酸化処理を施し銅
酸化皮膜を形成したのち、固定子コイルとして組み立て
ることにより解決できる。

【０００８】本発明における酸化処理は、中空素線内部
を１５０℃以上の空気、あるいは酸素，水蒸気，過酸化
水素を一種類以上混合した空気に０.５〜１.０時間曝す
ことにより達成される。温度は、５００℃以上では形成
される皮膜が剥離しやすいため、５００℃以下であるこ
とが望ましい。処理時間は長い方が保護性の高い皮膜が
形成されるが、０.５〜１.０時間で十分な保護性が得ら
れる。また、均一な皮膜を形成させるために、導入する
空気は流動させることが望ましい。

【０００９】酸化処理は、また、溶存酸素濃度が１ppm
以上で、かつ５０℃以上の温水に５０〜１００時間曝す
方法によっても達成される。用いられる水は純度の高い
ことが望ましい。これは処理中における孔食等の局部腐
食の発生を抑えるためである。温度は、５０℃〜９０℃
以内で高温であるほど効果的である。また、処理時間は
長い方が保護性の高い皮膜が形成されるが、５０〜１０
０時間で十分な保護性が得られる。なお、温水に過酸化
水素を溶存させることによっても酸化は達成される。ま
た、均一な皮膜を形成させるために、導入する温水は流
動させることが望ましい。

【００１０】得られた内表面に酸化皮膜を有する中空素
線は複数本樹脂で固められて一体として、固定子コイル
に用いられる。

【００１１】タービン発電機用水冷却装置あるいは直交
流変換装置用水冷却装置に使用される銅を主成分とする
固定子コイル内をあらかじめ前述の方法によって酸化第
二銅（ＣｕＯ）の皮膜を前記金属部品等の表面に形成し
た後に組立てることを特徴とする。

【００１２】すなわち本発明は、銅を主成分とする金属
材料上に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成し、該金属部品等
の溶解を抑制し、酸化物の放出速度を低減させることに
ある。酸化皮膜の厚さは１００Ａ〜１０μｍが好まし
く、より５００Ａ〜１μｍが好ましい。

【００１３】また本発明は金属部品、空気および／また
は酸素を吹き込んだ５０℃以上の水を冷却水配管内に循
環させることにより、該金属部品等の表面に酸化第二銅
（ＣｕＯ）を形成することを特徴とする水冷却装置の高
耐食化方法にある。

【００１４】また本発明は水を冷却水配管内に循環さ
せ、かつ一定時間ごとに窒素等の不活性ガスを吹き込む
ことにより、冷却配管内の腐食生成物を除去し、その後
に空気および／または酸素を吹き込んだ５０℃以上の水
を冷却水配管内に循環させることにより、該金属部品等
の表面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成することを特徴と
する。

【００１５】また本発明は、１５０℃以上の水蒸気を該
金属部品等に接触させることにより、該金属部品等の表
面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成することを特徴とす
る。

【００１６】また本発明は、該金属部品等を作成する過
程、あるいは作成した後に、酸化剤を含む酸性水溶液を
該金属部品等に接触させることにより、該金属部品等の
表面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成することを特徴とす
る金属部品の高耐食化方法にある。

【００１７】腐食反応は電気化学的に進行するために、
銅と銅が曝される環境とを誘電体で遮断することにより
電子の移行反応が遮断でき、腐食の抑制が出来る。酸化
第二銅（ＣｕＯ）は比誘電率が室温で１８.１の誘電体
であるので、表面を緻密で金属材料と密着性のよい酸化
第二銅（ＣｕＯ）で被覆することにより、銅の腐食を抑
制し、また腐食生成物である酸化第一銅（Ｃｕ₂Ｏ)の放
出速度を著しく低減できる。

【００１８】酸化第二銅（ＣｕＯ）で銅を主成分とする
金属部品や熱交換器を被覆する方法としては、以下があ
る。

【００１９】酸素および／または空気を吹き込み酸素濃
度を１ppm 以上にした５０℃以上の水を接触させること
により、その表面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成するこ
とができる。

【００２０】別の方法としては、１５０〜１１００℃の
酸素および／または空気を該金属部品等に接触させるこ
とにより、その表面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成する
ことができる。

【００２１】また別の方法としては、１５０℃以上の水
蒸気を該金属部品等に接触させることにより、その表面
に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成することができる。

【００２２】また別の方法としては、酸化剤を含む酸性
水溶液を該金属部品等に接触させることにより、その表
面に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成することができる。

【００２３】この時酸化剤としては、過塩素酸塩，過酸
化物，過テクネチウム酸塩，過マンガン酸塩，過ヨウ素
酸塩，過レニウム酸塩，ペルオキソ二炭酸塩，ペルオキ
ソホウ酸塩，ペルオキソ二硫酸塩，ペルオキソリン酸塩
が挙げられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕空気を用いた純銅からなり、四角い中空素
線の酸化処理方法は次の工程で実施する。酸洗により付
着スケールを除いた中空素線を複数束ね、その一方に空
気の吹き込み口を設け、温風ブロアを用いて送風する。
中空素線の外面は酸化されないように、不活性ガスで覆
われている。なお、用いた中空素線は断面が矩形で、冷
却水が流れる開口部は横幅が３.５mm，縦幅が１.５mm
で、板厚は１.０mm であり、線長は５ｍである。

【００２５】酸化処理に用いたガスの種類，温度，時間
と、処理した材料を腐食試験に供した場合の腐食速度並
びに腐食生成物の放出速度との関係を表１に示した。な
お、腐食試験は６５℃で溶存酸素濃度が２０ppb の純水
中で１００時間実施した。本発明の処理を実施すると、
腐食速度並びに腐食生成物の放出速度が著しく低減され
る。

【００２６】

【表１】

【００２７】〔実施例２〕温水を用いた中空素線の酸化
処理は次の工程で実施する。酸洗により付着スケールを
除いた中空素線を複数束ね、その一方に温水の導入口を
設け、通水する。酸化処理に用いた温水の種類，温度，
時間と、処理した材料を腐食試験に供した場合の腐食速
度並びに腐食生成物の放出速度との関係を表２に示し
た。なお、腐食試験は６５℃で溶存酸素濃度が２０ppb
の純水中で１００時間実施した。本発明の処理を実施す
ると、腐食速度並びに腐食生成物の放出速度が著しく低
減される。

【００２８】

【表２】

【００２９】〔実施例３〕図１は、本発明の一実施例で
あるタービン発電機の水冷却系統図を示したものであ
る。

【００３０】タービン発電機用水冷却装置は、貯水槽１
の水をポンプ２で加圧し、冷却器３で所定の温度とし、
フィルター４を通した後、発電機５に供給、固定子コイ
ル６内を通り、貯水槽へ戻る配管回路を構成している。
貯水槽の水温を上げるためには、ヒータタンク１８およ
び昇温ヒータ１９が設けられており、また冷却水系内に
空気を送り込むための空気ボンベ２０および空気供給弁
２１が備えてある。

【００３１】また、この装置では冷却水の純度を保つた
めに、水の一部をイオン交換樹脂７へ供給する純度維持
回路８及び貯水槽に貯まった水素ガスを屋外へ放出する
ための排気管９が備えられている。固定子コイル６は図
２に示すように、銅を主成分とする中空素線からなる配
管１０で構成され、表面に絶縁層１１が施されており、
素線内部を冷却水が流れる。また、固定子コイル端部と
コネクションパイプ１２とは素線箱体１３で銅を主成分
とするろう材によりろう付け接合されている。

【００３２】また、固定子コイル接水部に付着した酸化
物を洗浄除去する際は、図１に示すように、空気ボンベ
２０に代えて窒素ボンベ２２により窒素を供給する。こ
の装置を用いて、運転中のタービン発電機の固定子コイ
ル接水部に付着した酸化物を窒素等の不活性ガスを吹き
込んだ水で洗浄除去した後に防食被覆処理する作業を以
下の手順により実施した。

【００３３】先ず最初に付着している酸化物を除去する
手順を示す。

【００３４】１）貯水槽１から冷却水配管へ循環させる
水の供給量を通常運転時の５倍程度に高める。例えば、
通常５００Ｌ／min で循環させている場合は、３０００
Ｌ／min とする。

【００３５】２）１）の状態で約５時間水を循環させた
最後に約１５分間を目安として窒素を冷却水配管へ吹き
込み、そのバブル効果により洗浄効果を高める。

【００３６】３）水の循環を一旦停止し、配管内を点検
する。

【００３７】４）１）から３）を３回繰り返した後にフ
ィルター４を交換する。

【００３８】５）１）から４）を３回繰り返し、冷却配
管内を洗浄した。

【００３９】次に、コイル表面に酸化第二銅（ＣｕＯ）
皮膜を形成する手順を示す。

【００４０】６）ヒータタンク１８内の水を昇温ヒータ
１９により５０〜９０℃に昇温し、貯水槽１に供給す
る。

【００４１】７）貯水槽１から冷却水配管へ水を循環さ
せる。循環流量は通常の５倍程度とする。

【００４２】８）水を冷却水配管に循環させている間
に、一定時間ごとに空気ボンベ２０より空気を間欠的に
吹き込む。空気吹き込みを実施する間隔は約２０時間が
目安で、また一回の吹き込み時間は１５分程度とする。
しかし、空気は連続的に吹き込んでも何ら問題はない。
なお、空気源は計装空気あるいは空気ボンベとする。ま
た、空気ボンベは脱炭酸ガス空気を用いると水の電導度
上昇がなく、また銅の腐食を抑えることで効果的であ
る。

【００４３】９）冷却配管中の水の循環を停止し、配管
内及び貯水槽の水を抜く。

【００４４】１０）貯水槽に新たに水を供給する。

【００４５】１１）６）から１０）を３回繰り返し、冷
却配管内を酸化処理する。

【００４６】以上の操作における酸化処理を実施例１又
は２と同様の条件によって実施した後の固定子コイルの
接水表面には、酸化第二銅（ＣｕＯ）が形成される。こ
の様にして黒褐色の酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成した固
定子コイルは、発電機の運転中に腐食が進行することな
く、また腐食生成物の放出が抑制されるために、タービ
ン発電機の性能が維持でき信頼性の高いタービン発電機
が提供できる。なお、新設コイルにおいては、上述の付
着酸化物を除去する洗浄工程を省略し、酸化第二銅（Ｃ
ｕＯ）皮膜を形成する工程のみを実施することで、同様
の効果が得られる。

【００４７】この様にして固定子コイル内部に防食被覆
を施したタービン発電機を運転したときの、固定子コイ
ルの腐食の進行状態を本発明の防食被覆処理を実施しな
かった固定子コイルと比較した結果を表１に示す。本発
明を実施することにより、固定子コイルの腐食速度は約
１／２０に、固定子コイルから放出される酸化銅の放出
速度は１／５に低下することが確認できた。

【００４８】本発明の防食被覆処理を実施することによ
り、酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成した固定子コイルは、
発電機の運転中に腐食が進行することなく、また腐食生
成物の放出が抑制されるために、タービン発電機の性能
が維持でき信頼性の高いタービン発電機が提供できる。

【００４９】

【表３】

【００５０】〔実施例４〕図３は、本発明の他の実施例
である固定子コイルの製作工程を示したフローチャート
である。固定子コイルの製作作業を以下の手順により実
施した。

【００５１】１）銅素線を所定の寸法に切り揃え、この
銅素線を所定の形状に組み合わせる。２）組み合わせた銅素線を１３０〜１７０℃で３０分間
以上加熱し、素固めする。

【００５２】３）素固めした銅素線間で短絡が起きてい
ないことを検査，確認する。

【００５３】４）検査を終えたコイルに素線箱体をろう
付けするために、コイルの端面を切断し揃える。

【００５４】５）ろう付け部分を洗浄し、ろう付け時の
接合不良を防止する。

【００５５】６）固定子コイルと素線箱体を所定の温度
で加熱しろう付けする。

【００５６】７）組立られた固定子コイルのろう付け部
に漏れがないかを、高圧窒素を固定子コイル内に導入し
て確認し、さらにコイル各々に対して水を通し、流量を
測定する。

【００５７】８）コイルを絶縁するためにコイルに絶縁
テープを巻いた後にレジンを含浸し、１５０℃以上で所
定の時間加熱し、レジンを焼き固める。

【００５８】９）組立てられた固定子コイルに不良がな
いかを検査，確認する。

【００５９】上記の製作工程７）の通水試験、８）の絶
縁層焼き付け工程あるいは９）の検査工程のいずれかの
実施中、または実施後に、実施例１又は２と同様の条件
でコイル内に酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成する。水蒸気
に代えて、加熱した酸素または空気、あるいはその混合
気体を導入することによっても、同様に酸化第二銅（Ｃ
ｕＯ）が形成される。また、気体に代えて、酸素または
空気、あるいはその混合気体を導入することにより酸素
濃度を１ppm 以上にした５０℃以上の水、あるいは過マ
ンガン酸塩を含む酸性水溶液を導入することによっても
同様に酸化第二銅（ＣｕＯ）が形成される。水中に吹き
込む空気としては、脱炭酸ガス空気が一層効果的であ
る。また、酸化剤としては過マンガン酸塩水溶液のほか
に、過塩素酸塩，過酸化物，過テクネチウム酸塩，過ヨ
ウ素酸塩，過レニウム酸塩，ペルオキソ二炭酸塩，ペル
オキソホウ酸塩，ペルオキソ二硫酸塩，ペルオキソリン
酸塩が有効である。

【００６０】本発明の防食被覆処理を実施することによ
り、酸化第二銅（ＣｕＯ）を形成した固定子コイルは、
発電機の運転中に腐食が進行することなく、また腐食生
成物の放出が抑制されるために、タービン発電機の性能
が維持でき信頼性の高いタービン発電機が提供できる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、あらかじめ中空素線の
内部に酸化皮膜を形成しておくことにより、運転中の腐
食が抑制され、それに伴うさまざまな不具合現象を回避
することができ、タービン発電機の信頼性を向上するこ
とができる。

【００６２】本発明によれば、酸化第二銅（ＣｕＯ）を
金属部品等の表面に形成することにより、タービン発電
機用水冷却装置に使用される銅系材料で構成される金属
部品や熱交換器の腐食が抑制でき、また腐食生成物の放
出が抑制できるために、タービン発電機用冷却装置の信
頼性の向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である水冷却タービン発電機
の冷却水系統図。

【図２】水冷却タービン発電機固定子コイルの概略図。

【図３】本発明の他の実施例である固定子コイルの製作
工程を示したフローチャート。

【符号の説明】

１…貯水槽、２…ポンプ、３…冷却器、４…フィルタ
ー、５…発電機、６…固定子コイル、７…イオン交換樹
脂、８…純度維持回路、９…排気管、１０…配管、１１
…絶縁層、１２…コネクションパイプ、１３…素線箱
体、１４…熱交換器、１５…サイリスタモジュール、１
６…サイリスタ、１７…フッ素樹脂チューブ、１８…ヒ
ータタンク、１９…昇温ヒータ、２０…空気ボンベ、２
１…空気供給弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤和夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者春田孝茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅系材料の中空素線で構成され内部が水冷
却される固定子コイルを有する発電機固定子コイルの製
造方法において、前記中空素線の前記水に接する表面
に、あらかじめ酸化処理により銅酸化皮膜を形成し、そ
の後に、前記固定子コイルを組み立てることを特徴とす
る水冷発電機固定子コイルの製造方法。
【請求項２】前記酸化処理が１５０℃以上の空気、ある
いは酸素，水蒸気，過酸化水素を一種類以上混合した空
気を用いて処理することを特徴とする第１項記載の水冷
発電機固定子コイルの製造方法。
【請求項３】前記酸化処理が溶存酸素濃度が１ppm 以上
で、かつ５０℃以上の温水を用いて処理することを特徴
とする第１項記載の水冷発電機固定子コイルの製造方
法。
【請求項４】前記温水に過酸化水素を溶存させることを
特徴とする第３項記載の水冷発電機固定子コイルの製造
方法。
【請求項５】銅系材料で構成された内部が水冷却される
伝熱管を有する水冷却装置において、前記伝熱管の水に
接する表面に請求項１〜４のいずれかに記載の酸化第二
銅の皮膜が形成されていることを特徴とする水冷却装
置。
【請求項６】銅系材料で構成され、内部が水冷却される
固定子コイルを有する発電機において、前記固定子コイ
ルの前記水に接する表面に請求項１〜４のいずれかに記
載の酸化第二銅の皮膜が形成されていることを特徴とす
る発電機。
【請求項７】銅系材料で構成され水冷却される熱交換器
を有する直交流変換装置において、前記水に接する表面
に請求項１〜４のいずれかに記載の酸化第二銅の皮膜が
形成されていることを特徴とする直交流変換装置。
【請求項８】銅系材料で構成され、内部が水冷却される
固定子コイルを有する発電機の製造方法において、空気
および／または酸素を吹き込んだ５０℃以上の水を前記
コイル内に導き、あらかじめその表面に酸化第二銅の皮
膜を形成した後に固定子コイルを組立てることを特徴と
する発電機の製造方法。
【請求項９】銅系材料で構成され内部が水冷却される固
定子コイルを有する発電機の製造方法において、前記コ
イル内に水を導き、かつ該水の中に定期的又は連続的に
窒素等の不活性ガスを吹き込むことにより、冷却配管内
の腐食生成物を除去し、その後に空気および／または酸
素を吹き込んだ５０℃以上の水を冷却水配管内に循環さ
せることにより、あらかじめ前記コイル内表面に酸化第
二銅の皮膜を形成した後に固定子コイルを組立てること
を特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１０】銅系材料で構成され水冷却される固定子
コイルを有する発電機の製造方法において、該コイルを
作成する過程、あるいは作成した後に、１５０℃以上の
水蒸気を該金属部品に接触させることにより、あらかじ
め前記コイル内表面に酸化第二銅の皮膜を形成した後固
定子コイルを組立てることを特徴とする発電機の製造方
法。
【請求項１１】銅系材料で構成され水冷却される固定子
コイルを有する発電機の製造方法において、該コイルを
作成する過程、あるいは作成した後に、１５０℃以上の
酸素および／または空気を該金属部品に接触させること
により、あらかじめ該コイル内表面に酸化第二銅の皮膜
を形成することを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１２】銅系材料で構成され水冷却される固定子
コイルを有する発電機の製造方法において、該コイルを
作成する過程、あるいは作成した後に、空気および／ま
たは酸素を吹き込み酸素濃度を１ppm 以上にした５０℃
以上の水を該金属部品に接触させることにより、該コイ
ル内表面に酸化第二銅の皮膜を形成することを特徴とす
る発電機の製造方法。
【請求項１３】銅系材料で構成され水冷却される固定子
コイルを有する発電機の製造方法において、該コイルを
作成する過程、あるいは作成した後に、酸化剤を含む酸
性水溶液を該コイル内に接触させることにより、該コイ
ル内表面に酸化第二銅の皮膜を形成することを特徴とす
る発電機の製造方法。
【請求項１４】前記酸化剤が過塩素酸塩，過酸化物，過
テクネチウム酸塩，過マンガン酸塩，過ヨウ素酸塩，過
レニウム酸塩，ペルオキソ二炭酸塩，ペルオキソホウ酸
塩，ペルオキソ二硫酸塩，ペルオキソリン酸塩の１種類
以上である請求項９に記載の発電機の製造方法。