KR100905651B1 - 발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 혼합가스 포집부에서 발전기의 밀봉유장치에 발생하는 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 밀봉공간에서 용이하게 포집하고, 혼합가스 배기부에서 상기 포집된 혼합가스를 적정 순도와 적정 유량으로 배기하며, 수리작업 시에는 퍼지부에서 잔존 수소가스를 퍼지하여 완전배기함으로써 발전기내 수소가스의 순도를 최적으로 유지할 수 있는 발전기 수소가스 순도 유지장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 포집된 혼합가스를 적정 순도와 적정 유량으로 용이하게 배기 할 수 있어 고순도의 수소가스를 유지할 수 있으며, 발전기에 소모되는 수소가스 양을 최소화하면서 수소가스의 고순도를 유지하게 되어 수소가스 순도 하락에 의한 수소가스 폭발위험을 사전에 제거할 수 있는 우수한 효과가 있다.

발전기, 혼합가스, 밀봉유장치, 플랜지, 포집, 순도

Description

발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치{An Apparatus for Maintaining the Purity of H2 Gas for Cooling of an Electric Generator}

도 1은 종래의 발전기 수소가스 순도 유지장치의 구성도이다.

도 2는 종래의 발전기 밀봉유(SEAL OIL)의 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 따른 발전기 수소가스 순도 유지장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 발전기의 수소가스 및 이산화탄소 가스의 퍼지구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10a,10b,10e : 혼합가스 포집부 2a,2b,11 : 혼합가스 배기부

13 : 퍼지부 10c : 밀봉유장치

9a : 밀봉공간 27a,b,c,d,e : 플랜지

3a,3b : 순도계 4b,4c : 유량계

61,64 : 배기밸브 57 : 혼합가스 방출부

본 발명은 발전기 냉각용 수소가스의 순도 유지장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 발전기의 밀봉유장치에서 발생하는 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 밀봉공간에서 용이하게 포집하고, 상기 포집된 혼합가스를 적정 순도와 적정 유량으로 배기하며, 수리작업 시에는 잔존 수소가스를 완전배기함으로써 발전기내 수소가스의 순도를 최적으로 유지할 수 있는 발전기 수소가스 순도 유지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기 냉각용으로 사용되는 수소(H2)가스는 밀도가 낮아 회전자 풍손을 줄일 수 있고 열전도율이 높아 발전기 냉각 효율을 향상시키는 등의 많은 잇점이 있어서 주냉매로 사용하고 있다.

도 1은 종래의 발전기 냉각용 수소가스 공급 및 배기 설비의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수소(H2)가스탱크(1)에 다수개 보관된 수소가스 병(1-1) 내부의 수소가스는 레귤레이터(1-2)에 의해 일정압력으로 배출되며, 밸브(66)(75) 및 솔레노이드밸브(75-1)를 거쳐 가스조절변(R2), 밸브(65) 및 솔레노이드밸브(75-2)를 통해 발전기(100)로 공급되어 발전기의 냉각용으로 사용된다. 이와 같이 공급된 수소가스는 다시 배기밸브(69) 및 배기유량밸브(69-1)를 통해 배기된다. 그외 수리작업시 발전기의 배기가스를 완전히 빼내기 위해 초기에 이산화탄소(CO2)가스를 공급하기 위한 이산화탄소 가스탱크(2)가 구비되고, 기타 장치들도 구비되어 있다. 이때, 상기 발전기(100)의 양측면에는 터빈측(100-1)과 여자기측(100-2)에 밀봉유장치(100-3)와 베어링(100-4)이 형성되고 있다.

도 2는 일반적인 발전기 구조의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 발전기(100)의 축에는 베어링(100-4)이 설치되어 있으며, 상기 발전기(100)와 상기 양쪽 베어링(100-4) 사이에는 밀봉유 장치(100-3)가 설치되어 있다. 도 2에서와 같이, 밀봉유탱크(110)의 밀봉유는 펌프(111)에 의해 밀봉유 장치(100-3)로 공급되고, 이후 상기 밀봉유는 다시 밀봉유 탱크(110)로 순환된다.

이와 같은 종래의 발전기(100)에는 수소가스의 외부누설 및 기내로의 공기 혼입을 방지하기 위하여 축 밀봉유(SEAL OIL)장치를 갖추고 있으나, 발전기(100) 내 수소가스는 시간이 지남에 따라 여러 요인 즉, 밀봉유 장치(100-3)에서는 밀봉유가 회전자축 및 라비린스(LABYRINTH)를 따라 흐르는 동안 와류에 의하여 기포와 유증기가 발생하게 되고, 일부 유증기가 라비린스 틈 사이를 통해 빠져 나와서 발전실내 수소가스와 혼합하여 혼합가스를 형성하므로 발전기내 수소가스의 순도를 저하시키는 원인이 되고 있다.

이 혼합가스를 방치할 경우 수소가스 순도가 폭발범위(4~75%)에 이르게 되면 가스가 폭발하는 대형사고의 위험이 따르면 문제점이 있었다.

이러한 수소가스의 순도 저하를 막기 위하여 종래에는 수소가스를 발전기 상부로 충진하면서 발전기 하부측으로 일부 수소가스를 배출하는 방법으로 사용했다. 그러나 상기 수소가스 순도 유지방법은 많은 양의 수소가스가 사용되고 고 순도 유지가 되지 않아 저 순도에 따른 수소가스 폭발위험이 존재하는 문제점을 극복하지 못했다.

따라서, 당 기술분야에서는 발전기 냉각용 수소가스의 순도를 일정하게 유지하기 위한 방법의 필요성이 점차 대두되어 왔었다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 발전기에서 유증기와 수소가스가 혼합됨으로 인해 수소가스의 순도가 저하되어 폭발위험이 발생하는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 발전기 운전시에는 혼합가스 포집부에서 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 포집하고, 혼합가스 배기부에서 상기 포집된 혼합가스를 적정 순도와 적정 유량이 되도록 배기하며, 수리시에는 퍼지부에서 잔존 혼합가스를 완전히 배기시켜 발전기내의 수소가스의 순도를 최적으로 유지시킬 수 있는 발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치는, 발전기 회전축의 양측에 마련된 각 밀봉유장치(10c)에 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 모으기 위한 밀봉공간(CHAMBER)(9a)이 회전자 축을 주위로 소정 크기로 형성되고 상기 밀봉공간(9a) 일측에 상기 모아진 혼합가스를 배출하기 위한 플랜지(FLANGE)(27e)가 연결되도록 구성되어 상기 발전기 양측의 혼합가스를 각각 포집하는 발전기 양측 혼합가스 포집부(10a,10b); 상기 발전기 하부 중앙에 발생된 혼합가스를 배출하기 위한 플랜지(27b)가 부착되며, 상기 발전기 하부의 혼합가스를 포집하는 발전기 하부 혼합가스 포집부(10e); 상기 발전기 양측 혼합가스 포집부(10a,10b)와 연결되며, 상기 발전기 양측 혼합가스 내 수소가스의 순도를 나타내는 순도계(3a,3b)를 포함하여 상기 순도계의 지시값에 따라 상기 포집된 혼합가스 를 각각 배출하는 발전기 양측 혼합가스 배기부(2a,2b); 및 상기 발전기 하부 혼합가스 포집부(10e)와 연결되어 상기 포집된 혼합가스를 배출하는 발전기 하부 혼합가스 배기부(11)를 포함한다.

여기서, 상기한 수소가스 순도 유지장치는, 수소(H2)가스, 이산화탄소(CO2)가스, 에어(AIR)를 각각 인입하기 위하여 상기 발전기의 정지기간동안 상기 발전기 배관내의 잔존 혼합가스를 퍼지하여 배출시키는 퍼지부를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 첨부하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 발전기 수소가스 순도 유지장치의 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수소가스 순도 유지장치는 크게, 발전기실 내부 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 포집하는 혼합가스 포집부(10a,10b,10e) 상기 혼합가스 포집부(10a,10b,10e)에서 포집된 상기 혼합가스를 배출하는 혼합가스 배기부(2a,2b,11) 및 잔존 혼합가스를 최종적으로 배기시키는 퍼지부(13)로 구성되며, 상기 혼합가스를 대기로 방출하는 혼합가스 방출부(57) 및 압력 발신부(6) 등으로 이루어진다.

도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 상기 혼합가스 포집부(10a,10b,10e)는 다시 터어빈측 혼합가스 포집부(10a)와, 여자기측 혼합가스 포집부(10b), 그리고 발전기 하부측 혼합가스 포집부(10e)로 구성된다.

상기 터어빈측 혼합가스 포집부(10a)는 밀봉유 장치(10c) 측면에 혼합가스를 모으기 위한 밀봉공간(CHAMBER)(9a)이 회전자 축을 주위로 일정크기로 형성되어 있고 밀봉공간(9a) 일측에 혼합가스를 배기부로 내보내기 위한 플랜지(FLANGE)(27e)가 밸브(61)와 배관(28e)으로 연결되도록 구성되어 있으며, 상기 여자기측 혼합가스 포집부(10b)도 터어빈측 혼합가스 포집부(10a)와 동일한 구성으로 대칭을 이루고 있다.

상기 발전기 하부측 혼합가스 포집부(10e)는 발전기 하부 중앙에 혼합가스를 배기부측으로 내보내기 위한 플랜지(FLANGE)(27b)가 부착되며, 상기 플랜지(27b)는 밸브(70)와 배관(28b)으로 연결되고 하부측 혼합가스 배기부(11)측의 밸브(36)와 연결 구성된다.

상기 혼합가스 배기부(2a,2b,11)는 상기 터어빈측 혼합가스 배기부(2a), 여자기측 혼합가스 배기부(2b), 발전기 하부측 혼합가스 배기부(11)로 구성되며, 상기 터어빈측 혼합가스 배기부(2a)는 혼합가스 포집부(10a)와 연결하는 포트(POT)(46)가 필터(8a)와 밸브(31)로 배관을 이용하여 연결한 후 상기 필터(8a) 반대편 일측에는 솔레노이드 밸브(S21)가 유량 조절밸브(33)와 순도계(3a), 그리고 밸브(32) 및 유량계(4b) 순으로 배관을 이용하여 연결되어 있다. 상기 필터(8a) 일측에는 또한 바이패스(BY-PASS)유량 조절밸브(34)가 있으며 이 또한 솔레노이드 밸브(S22)와 유량 조절밸브(35), 그리고 압력계(5b)를 이용하여 병렬로 연결되어 구성되며 상기 여자기측 혼합가스 배기부(2b)도 터어빈측 혼합가스 배기부(2a)와 한 쌍의 대칭 구성을 이루고 있다.

상기 발전기 하부측 혼합가스 배기부(11)는 필터(8c)가 하부 혼합가스 포집 부(10e)와 연결되는 수동밸브(36)의 반대측 3웨이(WAY) 솔레노이드 밸브(S11)와 연결된 후, 솔레노이드 밸브(S12)(S15)와 함께 솔레노이드 밸브(S16)(S17)의 중앙으로 배관을 통해 연결되어 구성된다.

상기 혼합가스 방출부(57)는 상기 혼합가스 배기부(2a,2b)의 종단과 연결되어 유량계(4a)와 방출배관(48) 그리고 밸브(102) 순으로 연결 구성되어 있다.

상기 가스 퍼지부(13)는 수소(H2)가스, 이산화탄소(CO2)가스, 에어(AIR)를 각각 인입하기 위하여 배관(29a)(29b)(29c)을 통해 수동밸브(104)(45)(44)와 각각 연결되어 솔레노이드 밸브(S14)(S13)로 연결되어 구성된다.

한편, 상기 압력 발신부(6)는 압력계(5a)가 압력발신기(6a)와 연결되고 회전자 팬 압력계(7)가 팬 압력 발신기(6b)와 병렬연결 된 후 발전기 내부 압력이 고압인 하이(HIGH)측(27b)과 저압인 로우(LOW)측(27a)으로 각각 배관(28a)(28b)이 밸브(69)(70)와 함께 연결되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

수소냉각방식 발전기에는 도 3에 도시한 바와 같이, 발전기 양쪽 끝 베어링 옆에 밀봉유(SEAL OIL)장치(10c,10d)가 설치되어 있어서 발전기 내부 수소가스가 외부 유출이 방지되어 기밀을 유지하므로 외부로 빠져 나가지 못하도록 하고 있다. 그러나, 이러한 밀봉유에는 유증기가 내포 되어 있어서 이 유증기는 수소가스와 함께 섞이므로 수소가스 순도 하락의 원인이 되고 있다. 따라서, 수소가스 순도를 일정하게 유지하기 위해서는 수소가스의 순도를 하락시키는 혼합가스를 효과적으로 제거하는 것이 중요하다. 도 3을 참조하여 이를 설명하면, 먼저 발전기의 밀봉유 장치(10c)(10d)에서 발생한 유증기와 발전실 수소가스가 함께 혼합된 혼합가스는 밀봉공간(9a)(9b)으로 모이게 되고 여기에 혼합가스를 배출할 수 있도록 플랜지(FLANGE)(27e)(27f)가 접합되어 있어서 이를 통해 밸브(61)(64) 및 배관(28e)(28f)을 이용하여 외부 배기부로 빠져 나간다.

터어빈 측과 여자기 측에서 발생된 혼합가스는 포트(POT)(46)(47)를 거쳐 필터입구 밸브(31)(37)를 통과하고, 필터(8a)(8b)를 통과해서 일부는 바이패스(BY-PASS) 유량 조절밸브(34)(35)(40)(41)를 통과하며, 일부는 유량 조절밸브(33)(39)와 순도계(3a)(3b)를 통과하고 유량계(4b)(4c)를 통해 유량계(4a)에 모여 배출배관(48)과 배출밸브(102)를 지나 혼합가스 방출부(57) 배관으로 빠져나가 대기로 방출하게 된다. 이때, 배출되는 유량은 순도계(3a)(3b)를 보고 적정량을 유량 조절밸브(33)(39)를 이용하여 조절하며, 위의 과정을 통하여 발전기 냉각용 수소가스에 포함된 혼합가스는 대부분 제거된다.

나머지 발전기내 소량의 불순물 가스는 밀도에 의하여 발전기 하부로 모이게 되는데, 이때 발전기 하부측 혼합가스 포집부(10e)에서 밸브(70)를 통과하여 배관(28b), 하부측 필터 전단밸브(36), 하부측 필터(8c), 솔레노이드 밸브(S11)(S12)(S15)(S16)(S17)를 이용하여 배출되고 터어빈측과 여자기측 혼합가스 배기부(2a)(2b)의 유량조절밸브(33)(39), 순도계(3a)(3b), 유량계(4b)(4c)(4a), 배출배관(48), 배출밸브(102), 최종 혼합가스 방출부(57) 배관을 이용해 대기로 빠져나가게 된다.

위의 두 과정을 통하여 밀봉유 측 혼합가스와 발전기 하부측 혼합가스는 대기로 배출되고 발전기실 냉각용 수소가스는 고 순도를 유지하게 되므로 수소가스 순도하락에 의한 폭발위험을 제거할 수 있는 것이다.

한편, 수소가스 순도계(3a)(3b)의 신뢰도는 매우 중요하므로 순도계 정확도 체크(CHECK)를 위한 고 순도 테스트가 가능하다. 즉, 먼저 수소 가스를 저장용기에서 인출하여 인입배관(29a)을 통하고 각각의 밸브(104)(43) 및 솔레노이드 밸브(S14)(S12)(S15)(S16)(S17)로 분산되어 순도계(3a)(3b)로 흐르므로 순도계의 정확도 여부 테스트가 가능하다.

또한 대수리 작업 시 잔류 수소가스에 의한 폭발위험이 있으므로, 본 발명에 따른 수소가스 순도 유지장치는 발전기의 배관 내에 있는 잔류 수소 가스를 배출하기 위해서 먼저 불활성 가스인 CO2가스를 이용하여 CO2 가스 용기에서 CO2 인입배관(29b)과 밸브(45), 솔레노이드 밸브(S13)(S14)(S12)에서부터 혼합가스 방출부(57)까지 통하여 퍼지(PURGE)하고, 그 다음 압축공기를 이용하여 압축공기 인입배관 (29c), 밸브(44), 솔레노이드 밸브(S13)(S14)(S12)(S15)(S16)(S17)로부터 혼합가스 방출부(57)까지 통과하므로 가연성 수소가스를 완전 퍼지 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 발전기 수소가스 순도 유지장치가 적용된 발전기 설비의 구성도이다. 도 1과 도 4를 비교하여 설명하면, 도 1의 경우 발전기의 혼합가스를 배기할 때 순도계(QT)를 고려하여 배기밸브(69) 및 배기유량밸브(69-1)를 통해 상기 혼합된 가스를 배기한다. 그러나, 도 4에 도시된 본 발명을 적용한 경우 발전기의 좌우, 터빈측과 여자기측에 대하여 각각 혼합가스를 배기한다. 즉, 발전 기의 혼합가스는 터빈측과 여자기측의 각 배기밸브(61)(64)를 통해서 각각의 포트(POT)(46)(47)를 거쳐 필터입구 밸브(31)(37)를 통과한다. 이에 앞서, 상기 발전기의 양측에서의 발생되는 혼합가스는 터빈측 혼합가스 포집부(10a)와 여자기측 혼합가스 포집부(10b)에서 미리 포집한다.

이와 같이 포집된 혼합가스는 각각 터빈측 혼합가스 배기부(2a)와 여자기측 혼합가스 배기부(2b)에서 각각 상기한 과정을 통해 배기한다.

상기와 같은 과정을 통해 발전기 양측의 혼합가스와 발전기 하부측 혼합가스는 대기로 배출되고 발전기실 냉각용 수소가스는 고 순도를 유지하게 되므로 수소가스 순도하락에 의한 폭발위험을 제거할 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명 및 도면에는 본 발명을 이해를 돕기 위한 바람직한 일실시예를 개시한 것으로서 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 청구범위에 결정되어야만 할 것이다.

본 발명에 의하면, 혼합가스 포집부에서 유증기와 수소가스의 혼합가스를 용이하게 포집하고, 혼합가스 배기부에서 상기 포집된 혼합가스를 적정 순도와 적정 유량으로 용이하게 배기 할 수 있어 고순도의 수소가스를 유지할 수 있다.

또한, 발전기에 소모되는 수소가스 양을 최소화하면서 수소가스의 고순도를 유지하게 되어 수소가스 순도 하락에 의한 수소가스 폭발위험을 사전에 제거할 수 있는 우수한 효과가 있다.

나아가, 퍼지부를 구비함으로서 수리작업시 잔존 수소가스를 완전히 배기시킴으로써 이후의 작업시 고순도를 유지할 수 있다.

Claims (2)

1. 발전기 회전축의 양측에 마련된 각 밀봉유장치(10c)에 유증기와 수소가스가 혼합된 혼합가스를 모으기 위한 밀봉공간(CHAMBER)(9a)이 회전축을 주위로 소정 크기로 형성되고 상기 밀봉공간(9a) 일측에 상기 모아진 혼합가스를 배출하기 위한 플랜지(FLANGE)(27e)가 연결되도록 구성되어 상기 발전기 양측의 혼합가스를 각각 포집하는 발전기 양측 혼합가스 포집부(10a,10b);

   상기 발전기 하부 중앙에 발생된 혼합가스를 배출하기 위한 플랜지(27b)가 부착되며, 상기 발전기 하부의 혼합가스를 포집하는 발전기 하부 혼합가스 포집부(10e);

   상기 발전기 양측 혼합가스 포집부(10a,10b)와 연결되며, 상기 발전기 양측 혼합가스 내 수소가스의 순도를 나타내는 순도계(3a,3b)를 포함하여 상기 순도계의 지시값에 따라 상기 포집된 혼합가스를 각각 배출하는 발전기 양측 혼합가스 배기부(2a,2b); 및

   상기 발전기 하부 혼합가스 포집부(10e)와 연결되어 상기 포집된 혼합가스를 배출하는 발전기 하부 혼합가스 배기부(11)를 포함함을 특징으로 하는 발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   수소가스, 이산화탄소가스, 에어(AIR)를 각각 인입하기 위하여 상기 발전기 의 정지기간동안 상기 발전기 배관내의 잔존 혼합가스를 퍼지하여 배출시키는 퍼지부를 더 포함함을 특징으로 하는 발전기 냉각용 수소가스 순도 유지장치.

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