JPH05268750A - 回転電機の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、貯水槽内及び大気放出管内の水素ガ
ス濃度を爆発下限界以下で安全に排出する回転電機の冷
却装置を提供することにある。 【構成】本発明は、固定子鉄心及び回転子巻線を引火・
爆発性の冷却気体により冷却するとともに固定子巻線７
内を冷却水で冷却し、また冷却水を貯水する貯水槽１内
で冷却水に侵入した冷却気体を大気中に放出する大気放
出管１３を有し、さらに大気放出管１３内の冷却気体の
ガス濃度を検出するガス濃度検出器１４を備えた回転電
機４の冷却装置において、貯水槽１と大気放出管１３と
を連通する誘導パイプ１１の途中に大気をしゃ断するシ
ール水１２の貯溜部と、貯水槽１上部に不燃性ガスを供
給する不燃性ガス供給管８と、この不燃性ガス供給管８
の途中に不燃性ガスの流量を調整する絞り機構と流量検
出装置１０を設けている。したがって、引火・爆発性の
ある冷却気体が冷却水に侵入する量を確実に把握できる
ので、異常を早期に検知することができかついかなる場
合でも貯水槽１及び大気放出管１３内の水素ガス濃度を
爆発下限界以下に押えて安全に運転できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内部に水素ガス等の引火
爆発性のある気体を封入し、固定子巻線の導体内に冷却
水を使用した回転電機の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、大容量回転電機は固定子鉄心及
び回転子導体の外部を水素ガス等比較的冷却性能の良
い、すなわち熱伝導率の大きな気体で冷却し、固定子巻
線導体内を高純度純水の冷却水により冷却している。こ
の場合、冷却水が機内に流出するのを防止するため水素
ガス圧力は冷却水圧力よりも高く保持して運転してい
る。

【０００３】一方、電流の流れている固定子巻線に冷却
水を供給する為にはフッ素樹脂等の絶縁ホースを使用す
る必要がある。この絶縁ホースからは水素ガスが冷却水
に微量であるが浸透し、冷却水系を循環し最終的には貯
水槽等大気圧槽にも析出する。このため貯水槽に析出さ
れる水素ガスを大気中に放出する大気放出管の途中に水
素ガス濃度を検出する濃度検出装置を設置し、その検出
した濃度が所定の濃度を越えた場合に警報を発し異常を
告知するシステムが採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の異常警報
システムでは、通常の正常時運転中に絶縁ホースを浸透
し冷却水へ侵入した水素ガスは貯水槽で分離析出後、大
気放出管を通じ大気中へ排出するが、大気放出管は貯水
槽上部から上方の屋外の大気へ開放されるような構造と
なっているため大気放出管内での気流が起りにくい。こ
のため水素ガスは大気放出管内で大気とガスの密度差に
よる拡散作用によりゆっくり排出されることになる。し
たがってその量が微量であっても大気放出管の経路が長
い冷却装置においては大気へ排出されず大気放出管内に
多く滞溜し、場所によっては水素ガス濃度の分布の差が
生じる。

【０００５】また、貯水槽内では圧力がほぼ大気圧であ
り、水蒸気，水素ガス，大気がそれぞれ分圧に従って存
在する。この事は回転電機の運転負荷の変化による貯水
槽内の水温の変化が貯水槽内の蒸気圧を変化させ水素ガ
スの濃度も変化させる為、貯水槽内の水素ガス濃度は爆
発下限界（水素ガス気中濃度４％）を越えることもあっ
た。このため機内冷却水系統内でのクラックの発生等の
緊急を要する異常検出が不確実であると共に正常な水素
ガスの侵入量であっても貯水槽内の水素ガス濃度は爆発
下限界を越えることがあり、安全上好ましくなかった。

【０００６】本発明は上記従来の異常警報システムの欠
点を解決するためになされたもので、その目的は冷却水
に回転電機機内の水素ガスが多量に侵入する異常を迅速
かつ確実に検出し、貯水槽内及び大気放出管内の水素ガ
ス濃度を爆発下限界以下で安全に排出すると共に冷却水
に侵入した水素ガスを定量的に把握できる回転電機の冷
却装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は固定子鉄心及び回転子巻線を引火・爆発性
の冷却気体により冷却するとともに固定子巻線内を冷却
水で冷却し、また前記冷却水を貯水する貯水槽とこの貯
水槽内で冷却水に侵入した冷却気体を大気中に放出する
大気放出管を有し、さらに前記大気放出管内の冷却気体
のガス濃度を検出するガス濃度検出器を備えた回転電機
の冷却装置において、前記貯水槽と前記大気放出管とを
連通する誘導パイプの途中に大気をしゃ断するシール水
の貯溜部と、前記貯水槽上部に不燃性ガスを供給する不
燃性ガス供給管と、この不燃性ガス供給管の途中に不燃
性ガスの流量を調整する絞り機構と流量検出装置を設け
たことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によると、貯水槽内には常時不燃性ガス
供給管内の流量制御弁によりあらかじめ正常運転時の貯
水槽内ガス濃度が爆発下限界以下の所定の値となるよう
調整された一定量の不燃性ガスがパージガスとして供給
されている。この不燃性ガスは貯水槽内に析出した回転
電機の冷却水系統に侵入して来た水素ガスと混合した状
態で貯水槽戻り管の水流の影響等による貯水槽液面の変
動に伴って貯水槽と大気をしゃ断する液体中を気泡とな
って通過し、大気放出管より常時大気へ排出される。し
たがって貯水槽内の圧力は常時シール水貯溜部に形成さ
れたシール水の水柱の差分だけ大気より高い圧力が保持
されている。

【０００９】回転電機の冷却水系統に異常が生じて冷却
水系統に冷却気体が侵入してきた場合には、大気放出管
内の冷却気体のガス濃度が増大し濃度監視装置により警
報信号を発すると共に流量制御弁を全開にして貯水槽へ
の不燃性ガスの供給量を増加させて貯水槽内及び大気放
出管内のガス濃度を爆発下限界以下の状態で安全に大気
へ排出する。

【００１０】一方、流量演算装置により常時固定子冷却
水系統への冷却気体の侵入量を把握することによりシス
テムの異常の早期発見や不燃性ガスの供給量の設定調整
が可能であり、貯水槽及び大気放出管内のガス濃度が爆
発下限界以下で常に運転監視される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例の系統構成図であ
る。同図に示すように、回転電機の固定子巻線冷却水系
統は、閉ループの循環系統となっている。すなわち、冷
却水は貯水槽１からポンプ２によりクーラ３を介して所
定の温度に冷却され、回転電機４に送られる。回転電機
４に送られた冷却水は分岐管５，絶縁チューブ６を経て
固定子巻線７に供給され、固定子巻線７を冷却する。固
定子巻線７を冷却して温度上昇した冷却水は、出口側絶
縁チューブ６，分岐管５を経て回転電機４をでて貯水槽
１に戻り一旦溜められ、回転電機４内で冷却水に侵入し
た水素ガスを析出する。その後、冷却水は再びポンプ
２，クーラ３を経て前記冷却系路の循環を繰り返す。

【００１３】また、貯水槽１の上部には不燃性ガス例え
ば窒素ガスを図示していない窒素ガス供給装置から導き
入れるための窒素ガス供給管８を接続し、この窒素ガス
供給管８の途中に窒素ガス流量調整弁９及び窒素ガス流
量検出装置１０が備えられている。

【００１４】一方、貯水槽１は上部を開口しここから誘
導パイプ１１を介して大気放出管１３に接続されてお
り、貯水槽１で析出された水素ガスは大気放出管１３を
経て大気に放出される。大気放出管１３の途中には水素
ガス濃度検出器１４が備えられている。この水素ガス濃
度検出器１４の検出信号を受け窒素ガス流量調整弁９を
コントロールする水素ガス濃度監視装置１５を備えてお
り、窒素ガス流量調整弁９に開閉信号を送るように接続
され、更に所定の濃度における信号で作動する警報装置
１６が接続されている。また流量検出装置１０の流量検
出信号と水素ガス濃度監視装置１５からの水素ガス濃度
検出信号とを受けて水素ガスの冷却水側への侵入量を演
算表示する演算装置１７を備えている。

【００１５】また、大気放出管１３と貯水槽１の誘導パ
イプ１１との接続部は図２に示す如くＶ字形又はＵ字形
に誘導パイプを屈曲させて接続し、この部分にシール水
１２を貯溜し、さらにシール水１２が貯水槽１内に逆流
する最高水位よりも下方において所定のシール水の水位
Ｈmmが得られるようにＵベント管で構成したドレン管１
８が設けられている。したがって、貯水槽１内で蒸発し
た水蒸気が誘導パイプ７内を上昇し、冷やされて液化す
ることによりシール水１２の量が増加して来た場合でも
余剰シール水がドレン管１８から排出され、所定のシー
ル水の水位が保持される構造となっている。したがって
貯水槽内で析出した水素ガスは通常貯水槽１の内圧がシ
ール水１２の水位（水柱Ｈmm）を越える時点においてシ
ール水１２の中を気泡となって通過し大気放出管１３へ
排出される。次に、本実施例の作用について説明する。

【００１６】通常、回転電機の正常運転中は窒素ガス流
量調整弁９は貯水槽１内の水素ガス濃度が爆発下限界内
（４％水素ガス濃度以下）となるような所定量の窒素ガ
スを常に貯水槽１内に供給するように開度が設定されて
いる。貯水槽１内はこの供給された窒素ガスと冷却水へ
侵入して貯水槽内で析出した水素ガスとが混合した状態
にあって、大気放出管１３と誘導パイプ１１との接続部
に形成した貯水槽内と大気とをしゃ断するシール水１２
の水位（水柱Ｈmm）と平衡した圧力状態を維持しながら
常時シール水１２を通過して大気放出管１３から大気へ
排出される。この場合、回転電機４内での水素ガスの冷
却水への侵入量は１ ｌ／dag 程度のごく僅かの量であ
るため貯水槽１内に供給する窒素ガスの量もごく僅かで
ある。

【００１７】また、貯水槽１に供給される窒素ガスの流
量は窒素ガス流量検出装置１０で検出され、この検出信
号と前記水素ガス濃度監視装置１５からの大気放出管１
３内の水素ガス濃度検出信号とにより演算装置１７にお
いて回転電機４の機内から冷却水への水素ガスの侵入量
を算出する。したがって、水素ガスの侵入量の増加傾向
等、異常を事前に検知することが可能である。

【００１８】また、回転電機４内で異常が発生した場
合、例えば絶縁チューブ６の亀裂または破損等、水素ガ
スが冷却水に侵入する量が増加した場合には貯水槽１
内、大気放出管１３内の水素ガス濃度が増加する。この
時水素ガス濃度検出器１４で検出した濃度信号を水素ガ
ス濃度監視装置１５が受け、警報装置１６へ警報信号を
送ると同時に窒素ガス流量調整弁９を全開とするよう制
御する。これにより貯水槽１への窒素ガスの供給量が増
加し、貯水槽１及び大気放出管１３内の水素ガス濃度を
低下させると同時に大気への排出速度も増加するため水
素ガス濃度を爆発下限界以下に押えて早期に安全に排出
することができる。

【００１９】上述したように本実施例によれば、回転電
機の機内水素ガスが冷却水に多量に侵入して来る異常を
確実に迅速に検出できると同時に貯水槽内及び大気放出
管内の水素ガス濃度を常に爆発下限界以下に保つことが
でき、かつ安全に排出することができる。さらに冷却水
に侵入した水素ガスを定量的に把握できる。しかも貯水
槽内の圧力を常に大気圧以上に保持できるため貯水槽内
と大気とはしゃ断されるため大気中の炭酸ガス等の混入
による冷却水の純度低下等が防止できる。図３は本発明
の他の実施例の回転電機の冷却装置の要部断面図であ
る。

【００２０】同図に示すように、本実施例が上記実施例
と相違する点は、誘導パイプ１１と大気放出管１３との
接続部のシール水貯溜部の構造を誘導パイプ１１の一端
を貯水槽１側から所定の長さｌmmだけ大気放出管１３の
内側へ貫通突出し管路を二重構造とし、その突出部の外
周部に空間部２０を設けた構造のみであるので同一部分
には同一符号を付してその説明は省略する。

【００２１】本実施例ではかかる構造とすることによ
り、水温の変動や水素ガスが多量に冷却水に侵入したこ
とにより貯水槽１の内圧が上昇した場合一時的にシール
水のシール破壊をし貯水槽と大気と連通させ水素ガスの
排出を促進し、より安全を図ると共に再びシール作用を
維持することができる。すなわち大気放出管１３内に突
出した誘導パイプ１１の先端は密閉し、大気放出管１３
の貫通部の一端から所定の長さｌmm上部の誘導パイプ円
周上に誘導パイプ１１の管路の断面積以上を有するよう
に複数個の貫通穴２１を設け、大気放出管１３と誘導パ
イプ１１の管路が直接連通するのではなくこの貫通穴２
１によって連通するようにし、更に大気放出管１３へ誘
導パイプ１１が突出し貫通する最下部に誘導パイプ１１
の外周から内側へ貫通する小口径の微小な戻り穴２２を
設け、空間部２０の底部（最下部）と誘導パイプ１１の
シール水貯溜部を連通した構造としたものである。

【００２２】したがって、貯水槽１内圧力が急激に上昇
した場合には大気放出管１３に通じている大気圧との差
によりシール水１２が大気放出管１３側へ押しやられ、
貫通穴２１から大気放出管１３内へ拡散され、図４に示
す如くその空間部２０へ一時的に貯溜される。この状態
のまま貯水槽１は一時的に大気と連通することにより貯
水槽内圧力が再び降下すると共に誘導パイプ１１の突出
部の底部の戻り穴２２から徐々に誘導パイプのシール水
貯溜部にシール水１２が落下して戻り、平常時のシール
水の水柱ＨmmAgを保持して再び外気とのしゃ断が行われ
る。

【００２３】以上のように本実施例によれば貯水槽１内
圧が急激に変化した場合にもシール水１２はドレン管１
８より外部へ排出されないため平常時のシール水の水位
を維持でき十分なシール機能を有する。したがって、よ
り迅速に安全に水素ガスの排出ができると共にいかなる
場合においても貯水槽内と大気とをしゃ断するシール水
を保持できるためシール作用が維持できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば水
素ガス等の引火・爆発性のある冷却気体が冷却水に侵入
する量を確実に把握できるので、異常を早期に検知する
ことができかついかなる場合でも貯水槽及び大気放出管
内の水素ガス濃度を爆発下限界以下に押えて安全に運転
できる信頼性の高い回転電機の冷却装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統構成図。

【図２】図１の回転電機の冷却装置の要部断面図。

【図３】本発明の他の実施例の系統構成図。

【図４】図３の回転電機の冷却装置において、貯水槽内
の圧力が急激に上昇した場合のシール水の挙動を説明す
るための図。

【符号の説明】

１…貯水槽、２…ポンプ、３…クーラ、４…回転電機、
５…分岐管、６…絶縁チューブ、７…固定子巻線、８…
窒素ガス供給管、９…流量調整弁、１０…流量検出装
置、１１…誘導パイプ、１２…シール水、１３…大気放
出管、１４…水素ガス濃度検出器、１５…水素ガス濃度
監視装置、１６…警報装置、１７…演算装置、１８…ド
レン管、１９…サイフォン防止用穴、２０…空間部、２
１…貫通穴、２２…戻り穴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子鉄心及び回転子巻線を引火・爆発
   性の冷却気体により冷却するとともに固定子巻線内を冷
   却水で冷却し、また前記冷却水を貯水する貯水槽とこの
   貯水槽内で冷却水に侵入した冷却気体を大気中に放出す
   る大気放出管を有し、さらに前記大気放出管内の冷却気
   体のガス濃度を検出するガス濃度検出器を備えた回転電
   機の冷却装置において、前記貯水槽と前記大気放出管と
   を連通する誘導パイプの途中に大気をしゃ断するシール
   水の貯溜部と、前記貯水槽上部に不燃性ガスを供給する
   不燃性ガス供給管と、この不燃性ガス供給管の途中に不
   燃性ガスの流量を調整する絞り機構と流量検出装置を設
   けたことを特徴とする回転電機の冷却装置。