JPH0576154A - 発電機に用いる水素冷却器の制御装置及び方法 - Google Patents
発電機に用いる水素冷却器の制御装置及び方法Info
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- JPH0576154A JPH0576154A JP4057342A JP5734292A JPH0576154A JP H0576154 A JPH0576154 A JP H0576154A JP 4057342 A JP4057342 A JP 4057342A JP 5734292 A JP5734292 A JP 5734292A JP H0576154 A JPH0576154 A JP H0576154A
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- temperature
- heat exchanger
- hydrogen
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/24—Protection against failure of cooling arrangements, e.g. due to loss of cooling medium or due to interruption of the circulation of cooling medium
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷却水源からの冷却水と冷却後の加熱状態の
冷却水とを、水素冷却器を通る冷却水の流量が所望の値
に維持されると共に冷却水の入口温度が水素温度を所望
の値に維持するに必要な最適な値に保たれるように、制
御された比率で混合することにより最適の熱交換条件が
維持されるようにする。 【構成】 冷却水を発電機から出る水素と熱交換する間
接式熱交換器（２）へ冷却水源から弁（２０）を介して
冷却水が供給され、また熱交換器を出た冷却水が弁（１
８）を介して該熱交換器へ循環される。冷却水源から出
る冷却水温度を感知する温度モニター（３２）からの信
号に従って、制御ユニット（２４）が両方の弁を制御す
ることにより、水素を所望の温度へ冷却すると共に熱交
換器への冷却水の流量を一定の値に維持する。
冷却水とを、水素冷却器を通る冷却水の流量が所望の値
に維持されると共に冷却水の入口温度が水素温度を所望
の値に維持するに必要な最適な値に保たれるように、制
御された比率で混合することにより最適の熱交換条件が
維持されるようにする。 【構成】 冷却水を発電機から出る水素と熱交換する間
接式熱交換器（２）へ冷却水源から弁（２０）を介して
冷却水が供給され、また熱交換器を出た冷却水が弁（１
８）を介して該熱交換器へ循環される。冷却水源から出
る冷却水温度を感知する温度モニター（３２）からの信
号に従って、制御ユニット（２４）が両方の弁を制御す
ることにより、水素を所望の温度へ冷却すると共に熱交
換器への冷却水の流量を一定の値に維持する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に水素冷却式発電機
の冷却制御に関する。
の冷却制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電所の発電機はかなりの量の熱を発生
するため有効に冷却する必要があるが、水素により発電
機を冷却してこの水素を水素冷却器により冷却すること
が普通行われている。典型的な水素冷却器としては、間
接式熱交換により水素ガスと冷却水との熱交換を行う直
交流型拡大面式熱交換ユニットがある。
するため有効に冷却する必要があるが、水素により発電
機を冷却してこの水素を水素冷却器により冷却すること
が普通行われている。典型的な水素冷却器としては、間
接式熱交換により水素ガスと冷却水との熱交換を行う直
交流型拡大面式熱交換ユニットがある。
【０００３】この方法を用いる場合、冷却水は通常、
川、湖または冷却塔から取水するため、冷却水の入口温
度は少なくとも季節的変動を受ける。
川、湖または冷却塔から取水するため、冷却水の入口温
度は少なくとも季節的変動を受ける。
【０００４】冷却水の入口温度が変化すると、水素ガス
による冷却能力がそれに応じて変動するが、かかる変動
を防止するため調整が必要となる。循環する水素ガスを
冷却し過ぎると、許容誤差が減少したり或いは水分の凝
縮が増加したりするような発電機の他の部品にとって重
大な問題が生じる。また、冷却が十分でないと発電機の
他の部品が過熱することがある。現在、冷却水流量をオ
フセット制御することにより冷却水温度の変動を補償す
るのが普通である。しかしながら、冷却水の流量が変化
すると他の問題が生じる。
による冷却能力がそれに応じて変動するが、かかる変動
を防止するため調整が必要となる。循環する水素ガスを
冷却し過ぎると、許容誤差が減少したり或いは水分の凝
縮が増加したりするような発電機の他の部品にとって重
大な問題が生じる。また、冷却が十分でないと発電機の
他の部品が過熱することがある。現在、冷却水流量をオ
フセット制御することにより冷却水温度の変動を補償す
るのが普通である。しかしながら、冷却水の流量が変化
すると他の問題が生じる。
【０００５】例えば、かかる水素冷却器の冷却水配管の
内壁に沈殿物の薄い膜が形成され、冷却水の流量が毎秒
ほぼ１ｍ以下に減少するとこの薄膜の厚さが増加して腐
食が生じたり漏洩のもととなるピンホールが形成された
り或いは効率的な熱交換を妨げる汚れ抵抗が増加したり
することが知られている。
内壁に沈殿物の薄い膜が形成され、冷却水の流量が毎秒
ほぼ１ｍ以下に減少するとこの薄膜の厚さが増加して腐
食が生じたり漏洩のもととなるピンホールが形成された
り或いは効率的な熱交換を妨げる汚れ抵抗が増加したり
することが知られている。
【０００６】一方、冷却水の流量が例えば毎秒約３ｍ以
上に増加すると、普通は銅の合金で形成される冷却水配
管の壁が浸蝕されてくぼみができやすい。さらに、流量
の増加によりポンプの出力にロスが生じるという望まし
くない状態が発生する。
上に増加すると、普通は銅の合金で形成される冷却水配
管の壁が浸蝕されてくぼみができやすい。さらに、流量
の増加によりポンプの出力にロスが生じるという望まし
くない状態が発生する。
【０００７】冷却水の流量の変動に関連する問題の多く
は冷却水配管としてステンレス鋼を用いることにより回
避できるが、この目的のために優れた熱伝達特性を持つ
銅を含んだ合金を使用するのが好ましい。さらに、ステ
ンレス鋼も応力腐食を受けやすい。従って、配管の材料
を変えても冷却水流量の変動に起因する問題に対する根
本的な解決にはならない。
は冷却水配管としてステンレス鋼を用いることにより回
避できるが、この目的のために優れた熱伝達特性を持つ
銅を含んだ合金を使用するのが好ましい。さらに、ステ
ンレス鋼も応力腐食を受けやすい。従って、配管の材料
を変えても冷却水流量の変動に起因する問題に対する根
本的な解決にはならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、冷却
水の流量の変動を最小限に抑えながら水素系を所望のご
とく冷却することによって、水素冷却器の冷却水入口温
度の変動に起因する問題を解消するか或いは少なくとも
それを最小限に抑えることにある。
水の流量の変動を最小限に抑えながら水素系を所望のご
とく冷却することによって、水素冷却器の冷却水入口温
度の変動に起因する問題を解消するか或いは少なくとも
それを最小限に抑えることにある。
【０００９】上記のまた他の目的は、本発明による、発
電機冷却用の水素を発電機から出る水素から外部の状態
により決まる温度の冷却水源からの冷却水へ熱を伝達さ
せることにより冷却する水素冷却装置であって、冷却水
を発電機から出る水素と熱交換させる間接式熱交換器
と、冷却水源から熱交換器へ冷却水を供給するため該熱
交換器へ接続した第１の冷却水供給手段と、熱交換器を
出た冷却水を循環させるため該熱交換器へ接続した第２
の冷却水供給手段と、冷却水源から出る冷却水の温度を
示す信号を発生するための温度モニター手段と、水素が
所望の温度へ冷却されると共に熱交換器への冷却水の流
量が一定の値に維持されるように第１及び第２の冷却水
供給手段からの冷却水の流量を制御すべく温度モニター
手段及び第１、第２の冷却水供給手段に結合された制御
手段とよりなることを特徴とする装置により達成され
る。
電機冷却用の水素を発電機から出る水素から外部の状態
により決まる温度の冷却水源からの冷却水へ熱を伝達さ
せることにより冷却する水素冷却装置であって、冷却水
を発電機から出る水素と熱交換させる間接式熱交換器
と、冷却水源から熱交換器へ冷却水を供給するため該熱
交換器へ接続した第１の冷却水供給手段と、熱交換器を
出た冷却水を循環させるため該熱交換器へ接続した第２
の冷却水供給手段と、冷却水源から出る冷却水の温度を
示す信号を発生するための温度モニター手段と、水素が
所望の温度へ冷却されると共に熱交換器への冷却水の流
量が一定の値に維持されるように第１及び第２の冷却水
供給手段からの冷却水の流量を制御すべく温度モニター
手段及び第１、第２の冷却水供給手段に結合された制御
手段とよりなることを特徴とする装置により達成され
る。
【００１０】かくして本発明によると、主要冷却水源か
らの冷却水と冷却後の加熱状態の冷却水とを、冷却器を
通る冷却水の流量が所望の値に維持されると共に冷却水
の入口温度が水素温度を所望の値に維持するに必要な最
適な値に保たれるように、制御された比率で混合するこ
とにより最適の熱交換条件が維持されるようにすること
が可能である。
らの冷却水と冷却後の加熱状態の冷却水とを、冷却器を
通る冷却水の流量が所望の値に維持されると共に冷却水
の入口温度が水素温度を所望の値に維持するに必要な最
適な値に保たれるように、制御された比率で混合するこ
とにより最適の熱交換条件が維持されるようにすること
が可能である。
【００１１】以下、添付図面を参照して本発明を実施例
につき詳細に説明する。
につき詳細に説明する。
【００１２】
【実施例】図１に示した水素冷却器２は水素ガスと冷却
水との間で間接式の熱交換を行う熱交換器である。冷却
器２は主要冷却水源に接続した冷却水入口４を有し、こ
の冷却水源は自然の水か或いは冷却塔でもよい。冷却器
２はさらに、加熱された冷却水をその源へ戻すための冷
却水出口６を有する。水素は水素入口８から冷却器２へ
入り、水素出口１０から出る。
水との間で間接式の熱交換を行う熱交換器である。冷却
器２は主要冷却水源に接続した冷却水入口４を有し、こ
の冷却水源は自然の水か或いは冷却塔でもよい。冷却器
２はさらに、加熱された冷却水をその源へ戻すための冷
却水出口６を有する。水素は水素入口８から冷却器２へ
入り、水素出口１０から出る。
【００１３】本発明によれば、冷却器２から出た冷却水
の選択部分を入口４へ循環させるバイパス通路１４が設
けれており、図示の実施例ではこの通路にポンプ１６と
少なくとも混合制御弁１８とを有する。さらに、入口４
への入口ラインへ別の混合制御弁２０が設けられてお
り、これらの弁１８、２０の開閉は制御ユニット２４か
らの信号により制御される。
の選択部分を入口４へ循環させるバイパス通路１４が設
けれており、図示の実施例ではこの通路にポンプ１６と
少なくとも混合制御弁１８とを有する。さらに、入口４
への入口ラインへ別の混合制御弁２０が設けられてお
り、これらの弁１８、２０の開閉は制御ユニット２４か
らの信号により制御される。
【００１４】制御ユニット２４は、冷却水入口４へのラ
インに設置した温度センサー３０からの温度信号により
主として制御される。この制御ユニット２４は、冷却器
２を通る冷却水の全流量が実質的に一定の値に維持され
ると共に冷却水が水素冷却器２へ入る温度もまた一定の
値に維持されるように弁１８と２０とを協調した態様で
調整制御するよう作動する。
インに設置した温度センサー３０からの温度信号により
主として制御される。この制御ユニット２４は、冷却器
２を通る冷却水の全流量が実質的に一定の値に維持され
ると共に冷却水が水素冷却器２へ入る温度もまた一定の
値に維持されるように弁１８と２０とを協調した態様で
調整制御するよう作動する。
【００１５】このシステムの動作の制御に用いる主要な
変数は、温度センサー３０がモニターする主要冷却水源
からの冷却水温度である。もしこの温度が所定の値或い
は所定の範囲からずれると、弁１８、２０のうちの一方
が開放方向に作動されると共に他方が閉鎖方向に作動さ
れるが、その開放及び閉鎖量は出口ライン１０における
水素温度が所望な値となるよう冷却器２へ入る冷却水温
度を変化させる協調した制御量である。
変数は、温度センサー３０がモニターする主要冷却水源
からの冷却水温度である。もしこの温度が所定の値或い
は所定の範囲からずれると、弁１８、２０のうちの一方
が開放方向に作動されると共に他方が閉鎖方向に作動さ
れるが、その開放及び閉鎖量は出口ライン１０における
水素温度が所望な値となるよう冷却器２へ入る冷却水温
度を変化させる協調した制御量である。
【００１６】弁１８、２０のそれぞれの開放及び閉鎖方
向の作動は、各冷却水ラインの供給圧力に応じて、１つ
のラインを通る質量流量の減少がもう一方のラインを通
る質量流量の増加と実質的に完全に釣り合うように協調
させる必要がある。弁１８及び２０の設定を冷却水温度
の変動に応じて変化させる程度は、出口６における冷却
水出口温度（このため温度センサー３２の出力を制御ユ
ニット２４へ接続する）及び出口１０における水素温度
（このため温度センサー３４の出力を制御ユニット２４
へ接続する）とを考慮して決定される。
向の作動は、各冷却水ラインの供給圧力に応じて、１つ
のラインを通る質量流量の減少がもう一方のラインを通
る質量流量の増加と実質的に完全に釣り合うように協調
させる必要がある。弁１８及び２０の設定を冷却水温度
の変動に応じて変化させる程度は、出口６における冷却
水出口温度（このため温度センサー３２の出力を制御ユ
ニット２４へ接続する）及び出口１０における水素温度
（このため温度センサー３４の出力を制御ユニット２４
へ接続する）とを考慮して決定される。
【００１７】普通そうであるように、冷却器２の熱負荷
が一定である場合、冷却水の入口温度と流量が一定なレ
ベルにあると冷却水と水素の出口温度とが一定となる。
しかしながら、水素の出口温度は変化するから、制御ユ
ニット２４が入口４における冷却水温度が補充的に変化
するよう弁１８、２０を制御することが可能である。一
方、冷却水出口温度が変化するが出口１０における水素
温度が所望の値にある場合、制御ユニット２４は入口４
における冷却水温度を所望な値に維持するよう弁１８、
２０を制御することができる。
が一定である場合、冷却水の入口温度と流量が一定なレ
ベルにあると冷却水と水素の出口温度とが一定となる。
しかしながら、水素の出口温度は変化するから、制御ユ
ニット２４が入口４における冷却水温度が補充的に変化
するよう弁１８、２０を制御することが可能である。一
方、冷却水出口温度が変化するが出口１０における水素
温度が所望の値にある場合、制御ユニット２４は入口４
における冷却水温度を所望な値に維持するよう弁１８、
２０を制御することができる。
【００１８】本発明による効果的な制御は、弁１８、２
０を介する流量を、冷却水源からの冷却水入口温度の所
望或いは通常値からの偏差にある比を掛けて得た誤差信
号に応答して変動させるだけで行うことができる。この
誤差信号を用いて両方の弁の設定をその関連の流量との
間の所定の関係に基づき変化させることができる。
０を介する流量を、冷却水源からの冷却水入口温度の所
望或いは通常値からの偏差にある比を掛けて得た誤差信
号に応答して変動させるだけで行うことができる。この
誤差信号を用いて両方の弁の設定をその関連の流量との
間の所定の関係に基づき変化させることができる。
【００１９】制御ユニット２４については、上述した説
明に基づき当該分野においてよく知られた原理に従えば
構成可能なため詳細に説明しない。弁１８及び２０が電
気信号により慚進的に開閉或いは調整可能なものであれ
ば、制御ユニット２４として、種々の温度測定値に基づ
き所定の式に従って弁制御信号を得るよう前もってプロ
グラムしたアナログまたはデジタル関数発生器を用いる
ことができる。
明に基づき当該分野においてよく知られた原理に従えば
構成可能なため詳細に説明しない。弁１８及び２０が電
気信号により慚進的に開閉或いは調整可能なものであれ
ば、制御ユニット２４として、種々の温度測定値に基づ
き所定の式に従って弁制御信号を得るよう前もってプロ
グラムしたアナログまたはデジタル関数発生器を用いる
ことができる。
【００２０】本発明は、冷却装置を周囲の冷却水温度が
広い範囲で変動する場所で用いることができるという点
において所与の水素冷却器の設計に大きな運転上の柔軟
性を与えるという利点を有する。
広い範囲で変動する場所で用いることができるという点
において所与の水素冷却器の設計に大きな運転上の柔軟
性を与えるという利点を有する。
【００２１】本発明は、冷却水温度に関連する問題を有
する既存の発電プラントを改造することにより実施可能
である。
する既存の発電プラントを改造することにより実施可能
である。
【００２２】本発明は、冷却水の流量の変動に起因する
配管の腐食及び浸蝕を実質的に減少して、かかる施設の
運転寿命を著しく増加させることが可能である。冷却水
の流量の変動を抑えることにより配管の汚れの増加に起
因する熱伝達特性の劣化を阻止できるため、熱伝達効率
を長時間にわたって維持することができる。
配管の腐食及び浸蝕を実質的に減少して、かかる施設の
運転寿命を著しく増加させることが可能である。冷却水
の流量の変動を抑えることにより配管の汚れの増加に起
因する熱伝達特性の劣化を阻止できるため、熱伝達効率
を長時間にわたって維持することができる。
【００２３】従って、水素冷却器の使用寿命を増加させ
それにより発電機の運転停止の原因を除くことができる
ため実質的な経済上の利点が得られる。
それにより発電機の運転停止の原因を除くことができる
ため実質的な経済上の利点が得られる。
【００２４】上述したように、本発明による装置は、冷
却水源温度が１年で最も高い時でも必要な水素冷却能力
が得られるように設計する必要がある。
却水源温度が１年で最も高い時でも必要な水素冷却能力
が得られるように設計する必要がある。
【図１】図１は本発明による水素冷却器の作動を制御す
る装置を示す概略図である。
る装置を示す概略図である。
２ 水素冷却器 ４ 冷却水入口 ６ 冷却水出口 ８ 水素入口 １０ 水素出口 １４ バイパス流路 １６ ポンプ １８、２０ 混合制御弁 ２４ ユニット ３０、３２、３４ 温度センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロン ウオルター モントゴメリー アメリカ合衆国 フロリダ州 ウインター スプリングス コートランド ループ 4990 (72)発明者 ジエームス ロバート ピツプキン アメリカ合衆国 フロリダ州 オーランド フアングホーン ロード 11221
Claims (10)
- 【請求項１】 発電機冷却用の水素を発電機から出る水
素から外部の状態により決まる温度の冷却水源からの冷
却水へ熱を伝達させることにより冷却する水素冷却装置
であって、 冷却水を発電機から出る水素と熱交換させる間接式熱交
換器と、 冷却水源から熱交換器へ冷却水を供給するため該熱交換
器へ接続した第１の冷却水供給手段と、 熱交換器を出た冷却水を循環させるため該熱交換器へ接
続した第２の冷却水供給手段と、 冷却水源から出る冷却水の温度を示す信号を発生するた
めの温度モニター手段と、 水素が所望の温度へ冷却されると共に熱交換器への冷却
水の流量が一定の値に維持されるように第１及び第２の
冷却水供給手段からの冷却水の流量を制御すべく温度モ
ニター手段及び第１、第２の冷却水供給手段に結合され
た制御手段とよりなることを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記制御手段が、第１の冷却水供給手段
が供給する冷却水の流量を制御する第１の制御可能な弁
と、第２の冷却水供給手段が供給する冷却水の流量を制
御する第２の制御可能な弁とよりなることを特徴とする
請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記制御手段が、熱交換器を出る水素が
所望の温度値をもつ時は熱交換器へ供給される冷却水の
温度が一定の値に維持されるように前記弁を制御するよ
う作動することを特徴する請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記温度モニター手段が熱交換器を出る
冷却水温度を指示する信号を発生するように接続されて
いることを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 前記温度モニター手段が熱交換器を出る
水素温度を示す信号を発生するように接続されており、
また前記制御手段が熱交換器から出る水素温度の所望の
値からの偏差に応答して熱交換器へ送られる冷却水温度
を変化させるよう作動することを特徴とする請求項４に
記載の装置。 - 【請求項６】 前記温度モニター手段が熱交換器を出る
冷却水温度を示す信号を発生するように接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項７】 前記温度モニター手段が熱交換器を出る
水素温度を示す信号を発生するように接続されており、
前記制御手段が熱交換器を出る水素温度の所望な値から
の偏差に応答して熱交換器へ送られる冷却水温度を変化
させるよう作動することを特徴とする請求項６に記載の
装置。 - 【請求項８】 前記温度モニター手段が熱交換器を出る
水素温度を示す信号を発生するように接続されており、
前記制御手段が熱交換器を出る水素温度の所望な値から
の偏差に応答して熱交換器へ送られる冷却水温度を変化
させるよう作動することを特徴とする請求項２に記載の
装置。 - 【請求項９】 発電機冷却用の水素を冷却する方法であ
って、 冷却水入口と出口とを有する熱交換器で発電機からの水
素と冷却水との間で熱交換を行い、 熱交換器の冷却水入口を冷却水源と接続し、 冷却水源の冷却水温度をモニターし、 熱交換器の冷却水入口への冷却水の流量が実質的に一定
になるようにまた熱交換器を出る水素温度が実質的に一
定の値に維持されるように冷却水源の冷却水温度により
決まる比率で混合された冷却水源からの冷却水と熱交換
器出口からの冷却水との混合流を熱交換器の冷却水入口
へ送るステップよりなることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 前記混合ステップが、熱交換器を出る
水素温度が所望の値に到達すると熱交換器の冷却水入口
における冷却水温度が一定に保たれるように実施される
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US653575 | 1991-02-11 | ||
| US07/653,575 US5097669A (en) | 1991-02-11 | 1991-02-11 | Control of hydrogen cooler employed in power generators |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0576154A true JPH0576154A (ja) | 1993-03-26 |
| JP3221715B2 JP3221715B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=24621447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05734292A Expired - Lifetime JP3221715B2 (ja) | 1991-02-11 | 1992-02-10 | 発電機に用いる水素冷却器の制御装置及び方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5097669A (ja) |
| JP (1) | JP3221715B2 (ja) |
| BE (1) | BE1005591A3 (ja) |
| CA (1) | CA2060920A1 (ja) |
| ES (1) | ES2040639B1 (ja) |
| IT (1) | IT1258830B (ja) |
| MX (1) | MX9200501A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2012091692A1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | Utc Power Corporation | Cooling arrangement using an electrochemical cell |
| JP2018012098A (ja) * | 2016-05-10 | 2018-01-25 | ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ | 工業用油脱ガスシステムおよび方法 |
Families Citing this family (13)
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|---|---|---|---|---|
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