JPS6133338B2

JPS6133338B2 -

Info

Publication number: JPS6133338B2
Application number: JP10592477A
Authority: JP
Inventors: Akira Asakura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1986-08-01
Also published as: JPS5439803A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水素ガス冷却回転電機の巻線の導体内
部を高純度純粋の冷却水により冷却している大容
量回転電機において、機内冷却水系統におけるク
ラツクの発生等により水素ガスが冷却水側へ漏洩
した場合に、この水素ガスを検出する水素ガス冷
却回転電機のガス漏洩検出装置に関する。

大容量回転電機は一般に回転子導体の外部を水
素ガスで冷却し、固定子導体内を高純度純水の冷
却水により冷却している。第１図は従来の水素ガ
ス冷却回転電機の固定子導体の冷却水系統図であ
る。１は水素ガス冷却回転電機、２は固定子子導
体であつて純水ポンプ４を運転することにより貯
水槽３内の冷却水を熱交換器５へ送り、冷却した
後に給水管６を通つて機内に導体される。なお、
この貯水槽３は冷却水に含まれる水素ガスを分離
するためのものである。更に、この給水管６に接
続された分岐管８より分岐された絶縁ホース７を
経て固定子導体５へ供給する。この供給された冷
却水により固定子導体２を冷却し温度上昇した冷
却水は同様に絶縁ホース７ａ、分岐管８ａ、戻り
管６ａを経て貯水槽３へ循環させている。

このような系統に於ては常時運転時は機内水素
ガス圧力は固定子導体内部の冷却水圧力よりも高
く保持しているのが普通である。従つて、機内で
の循環経路、例えば固定子導体２のエンド部のろ
う付部分などにクラツクが発生した場合には、そ
こから冷却水が噴出するのではなく、水素ガスが
冷却水中へ侵入してくることになる。従つて機内
冷却水系統のクラツクの発生等の重大事故は水素
ガス消費量によつて知ることになるが、これは直
接的検出方法でなく、また水素ガス消費が増加す
る要因は軸水素シール部の不具合や他の原因もあ
るため、すぐに判断が出来ない場合が多い。

また、直接的な水素ガスの検出方法としては水
素ガスを検出する検出器のセンサを貯水槽３へ取
付ける方法があるが、検出器のセンサは非常に湿
分を嫌うことおよび次のような欠点がある。

すなわち、前記機内に位置する絶縁ホース７，
７ａには絶縁性が優れ、耐久力がきわめて強いふ
つ素樹脂例えばテフロン（デユポン社商品）のよ
うなガス溪透性のある絶縁材料を使用している。
しかしながら、この部分より水素ガス冷却水中に
浸透し、最終的には前記貯水槽３の上部へ滞溜し
てくる。このため貯水槽３内の上部空所と大気中
とを連通するとともに、その中途にＶ字形または
Ｕ字形に屈曲させた連通パイプに液体を貯溜して
大気としや断するエアーシール部１０を形成した
大気放出管９を設けてある。したがつて、貯水槽
３内の気圧は水素ガスの滞溜することによつて上
昇し、一時的なエアーシール部１０のシール作用
の破壊によつて水素ガスは大気放出管９へ放出さ
れる。また運転条件の変化によつて液面が変動し
て気圧が変化して、一定していない。このためこ
のガス検出器によつて通常運転と絶縁ホースのク
ラツク発生などの異常運転との区別がつかず、異
常漏洩の確認は困難であつた。

本発明は上記の欠点に鑑みなされたもので、貯
水槽のエアーシール部の外側に設けた大気放出管
に水素ガス濃度検出装置を取付け、検出器と継電
器との組合せにより、常時運転では作動せず、水
素ガスは冷却水系統へ異常漏洩した場合にのみ確
実に検出することができる水素ガス冷却回転電機
のガス漏洩検出装置を提供することを目的とす
る。

以下本発明を第２図に示す一実施例について説
明する。第２図において第１図と同じ作用をする
部品は同一符号としたので説明は省略する。ガス
漏洩検出装置１５は水素ガス濃度の変化を電気量
に変換して出力する検出器１１を大気放出管９の
エアーシール部１０より大気側に装着している。
検出器１１の出力端は接続線を介して継電器１２
へ接続している。継電器１２には時間計１３が組
込まれてあり、警報器１４に接続されている。検
出器１１は大気放出管９から排気させる途中の水
素ガス濃度の変化を電気的に変換して出力する。
水素ガス濃度を示す電気量が所定の設定値を超え
ると時間計１３が作動し、所定の設定時間継続す
ると電気信号を出力する。この電気信号によつて
警報器１４が動作して警報を発する。時間計１３
は電気量が所定の設定値より小さくなると時間は
０点に自動復帰する。

次に作用を説明する。水素ガス冷却回転電機の
通常運転においては、機内に位置する絶縁ホース
７，７ａから冷却水中に溪透した水素ガスは貯水
槽３で分離蓄積される。そして、戻り管６ａの冷
却水によつて貯水槽３の水面変動を生じ、エアー
シール部１０の液体の液面が変動してエアーシー
ル部１０から水素ガスの漏洩が生じて、液体の中
を気泡となつて微少量の水素ガスが通り大気放出
管９内に排出させる、このとき貯水槽３内は大気
へ連通して圧力が下がり、前記の押し上げられた
液体は戻り、貯水槽３内は大気としや断されて元
の状態に戻る。この場合検出器１１は一時的に高
い水素ガス濃度を検出するが次第に減衰して元の
状態に戻る。

したがつて、検出器１１で検出される大気放出
管９内の水素ガス濃度は、前記大気放出管９内を
水素ガス上昇気流となつて排出される水素ガス速
度は貯水槽３から大気放出管９内へ放出された水
素ガス量が平衡状態にあり、常に所定の値を示
す。一般には大気放出管９内の水素ガス検出濃度
は水素ガスの気中に於ける爆発下限濃度（約４％
水素濃度）を100％とした百分率で表わし100％
LEL（LELは爆発下限レベルLimted Exprosion
Levelを意味する）と表示すると、10〜25％LEL
（気中水素濃度で0.4〜10％）で推移する。

さらに、通常運転時には純水ポンプ４の起動停
止や切替運転等による貯水槽３の液面変動または
貯水槽３内の水温の変動による貯水槽３内の圧力
上昇時には一時的なシール作用の破壊を生じ、エ
アーシール部１０の液体が押されて貯水槽３の水
素ガスが瞬間的に大気放出管９内に排出され、貯
水槽３内の圧力が下がつてエアーシール部１０の
液体は元に戻り、シール作用が〓復する。

第３図は通常運転時における検出器１１の水素
ガス濃度を示す特性曲線図である。横軸は時間、
縦軸は水素ガス濃度（％LEL）を示し、ａは平
常時、ｂは一時的なシール作用の破壊を示す曲
線、ｃは継電器１２に後述する第６図によつて設
定された水素ガス濃度の設定値、toは曲線ｂの設
定値ｃ以上の継続時間、Poは一時的なエアーシ
ール部１０のシール作用の破壊が起つた時点を示
す。

継電器１２に設定されるべき水素ガスの警報設
定値は、通常運転時の大気放出管９内の水素ガス
検出濃度に対し検出濃度の変動幅等を考慮しても
明らかに検出濃度の増加が所定の値（通常20％
LEL以上）にする。第３図は一般なタービン発
電機の発電プラントに於ける大気放出管９内の水
素濃度10〜25％LELに対し警報設定値Ｃを50％
LELとした例を示す。

前述の如く、絶縁ホース７，７ａから冷却水中
に浸透した微少量の水素ガスは常時は貯水槽３内
で分離蓄積されるため、貯水槽３内の水素ガス濃
度は通常100％LEL以上の高い濃度になつてい
る。従つて、この場合検出器１１は第３図に示す
如くエアーシール破壊直後に一時的に高い水素ガ
ス濃度を検出するが、水素ガスは時間の経過とと
もに徐々に大気放出管９内の大気へ拡散上昇し排
出されるため次第に減衰して元の状態に戻る。

第４図は絶縁ホース７．７ａから冷却水中に水
素ガスの微少リークが発生した場合における検出
器１１の水素ガス濃度を示す特生曲線図である。
ｄは継続的なシール作用の破壊を示す曲線、P₁は
初期シール作用の破壊が起つた時点、P₂，P₃はそ
れぞれ第２図、第３回目のシール作用の破壊が起
つた時点を示し、T₁，T₂は前記シール作用の破
壊が起つた時点P₁―P₂，P₂―P₃間のそれぞれの次
のシール破壊が起るまでの時間を示す。t₁は初期
シール作用の破壊時の設定以上の継続時間、t₂は
２回目シール作用の破壊時の設定値以上の継続時
間であり、他は第３図と同じである。

機内冷却水系統においてクラツクが発生した場
合は連続的に水素ガスが冷冷却水系統に流入して
貯水槽３内の圧力上昇が起り、前述の如くエアー
シール部１０のシール作用の破壊を起し貯水槽３
内が大気と連通した時点で元のシール状態に戻る
が、すぐに貯水槽３内の圧力上昇が起るため再び
次のシール作用の破壊が起る。このようにして、
大気放出管９内に排出された水素ガスが完全に大
気へ放出されないで、大気放出管９内に一部の水
素ガスが滞洩してａの状態の濃度に戻らないうち
にシール作用の破壊が繰返され、そのたびに貯水
槽３内の高濃度の水素ガスが大気放出管９内に排
出されるため、大気放出管９内の水素ガス濃度は
シール作用の破壊が繰返される度に蓄積されて高
くなり、従つて検出器１１で検出される水素ガス
濃度は高くなる。

前記機内冷却水系統のクラツチが増大する等に
より水素ガスリーク量が増加した場合はエアーシ
ール部１０のシール作用の破壊、すなわち第４図
T₁，T₂が次第に短かくなり、遂には第５図に示
すように連続するシール作用の破壊を起し、水素
ガス濃度は曲線ｅのように高い水素ガス濃度が連
続的に検出される。

時間計１３の設定時間は水素ガスのリーク量が
同一であつても、大気放出管９の敷設長さや配置
等によつて変化するため、各プラント毎にシール
作用の破壊時における検出器１１の水素ガス検知
濃度の減衰特性を測定して決定する。すなわち、
第３図におおけるt₀に対して所定の時間差をもつ
た長い時間Ｔを設定とする。通常は大気放出管９
内の水素ガス濃度は100％LELを超えることはな
く、かつシール作用破壊から大気放出管９内の水
素ガス濃度の最高濃度を検出するまでの経過時間
はきわめて短かいため、水素ガス最高検知濃度か
らの大気放出管９内の水素ガス濃度減衰特性を測
定して設定する。すなわち、第６図のようにあら
かじめ検出器１１が検出できる水素ガス最高濃度
100％LELからの減衰特性曲線ｆを測定し、継電
器１２に設定される水素ガス濃度Ｃ、例えば通常
プラントにおいては50％LELまで減衰する時間
T₀を時間計１３の設定時間Ｔとして使用する。

従つて、通常運転時においては第３図のt₀は設
定時間Ｔより短かいため警報は発せられない。機
内冷却水系統にクラツクが発生した場合は、水素
ガスのリークでは第４図t₁，t₂…はシール作用の
破壊を繰返す度に長くなり、遂にはＴより長くな
つて警報を発する。リークが多い場合は第５図の
ようにＴより長くなつて警報を発する。すなわ
ち、水素ガスの冷却水中への異常漏洩を検出する
ことができる。

なお本発明は前記一実施例に於ける固定子導体
のみならず、回転子導体等の機内に位置する冷却
水系統のすべてに適用することはもちろんであ
る。

以上のように本発明によれば、大気放出管に装
着したカス漏洩検出装置の検出器は大気放出管内
にシール作用の破壊によつて放出された水素ガス
濃度の変化を電気的に変換して出力し、継電器に
検出器の電気信号を受け水素ガス濃度が設定値以
上になると、継電器に組込まれた時間計によつて
所定時間を継続した時にのみ応動して警報器を動
作させるようにしので、通常運転のシール作用の
破壊では警報を発せず、クラツクの発生等の水素
ガスの冷却水中に異常漏洩した場合にのみ確実に
区別されて警報を発する。すなわち、水素ガスの
異常漏洩を確実にしかも早期に検出し、早い機会
に発電機を停止し修理する等の処理をすることが
できるなどのすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の水素ガス冷却回転電機の固定子
導体の冷却水系統図、第２図は本発明の水素ガス
冷却回転電機のガス漏洩検出装置の一実施例を示
す要部の説明図、第３図は通常運転時における検
出された水素ガス濃度の変化を示す特性曲線図、
第４図は微少リークが発生した場合に検出された
水素ガス濃度の変化を示す特性曲線図、第５図は
リークが多い場合に検出された水素ガス濃度の変
化を示す特性曲線図、第６図は時間計の設定時間
を設定する場合における水素ガス濃度の変化を示
す特性曲線図である。１……水素ガス冷却回転電機、２……固定子導
体、３……貯水槽、４……純水ポンプ、５……熱
交換器、６……給水管、６ａ……戻り管、７，７
ａ……絶縁ホース、８，８ａ……分岐管、９……
大気放出管、１０……エアーシール部、１１……
検出器、１２……継電器、１３……時間計、１４
……警報器、１５……ガス漏洩検出装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１水素ガス冷却回転電機の巻線の導体内に熱交
換器を通した冷却水を管により導いて循環する冷
却装置、この冷却装置には冷却水に含入した水素
ガスを分離する貯水槽および冷却水管と上記導体
とを接続しふつ素樹脂のようにガス浸透性のある
絶縁材料からなる絶縁ホースを備え、上記貯水槽
にこの貯水槽内の上部空所と大気中とを連通する
とともにその中途に液体を貯溜したエアーシール
部を形成した大気放出管を備え、冷却水中に漏洩
した水素ガスを検出するガス漏洩検出装置を設け
たものにおいて、前記ガス漏洩検出装置は前記大
気放出管の上記エアーシール部より大気側に設け
られ大気放出管内の水素ガス濃度の変化を電気量
に変換して出力する検出器と、この検出器の電気
信号を受け水素ガス濃度が設定値以上でありかつ
所定時間を継続した時にのみ応動し警報器を動作
させる継電器とからなることを特徴とする水素ガ
ス冷却回転電機のガス漏洩検出装置。