专利名称：从注氢的电机中排出氢气的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从一注氢的电机中排出氢气和向一固体储存器里输入氢气的方法，该方法的应用，实施该方法的装置以及该装置的应用。
为了冷却某些类型的电机，尤其是诸如涡轮发电机之类的大型发电机，需将氢气，在需要时，与诸如水或油这样的液态冷却剂一起，注入电机。对此，优先考虑这措施的涡轮发电机功率范围在200MVA至1000MVA之间。在1000MVA以上功率的涡轮发电机场合，也有注入氢气作为对水冷的补充冷却手段，而水冷是作为其主要冷却手段使用的。在一注氢的涡轮发电机中载有的氢的量总计达100至1000Nm3，其中，该氢气的体积应理解为在常温、常压下的量。
为从电机排出氢气，至今一般将其排放失散在周围环境中。这里就产生了很值得注意的成本问题，因为在这种情况下，从电机中排出氢就相当于将其全部损失了。尽管其再收取使用需要化费，但向外界排出氢气是与技术安全相抵触的，尤其应在假设电机周围火灾的背景下需考虑这一问题。对此，要用注氢的大型发电机就得预先设法能够在一足够短的时间，典型的为10分钟内将氢气从电机中排出。在该短时间内将氢排出时还不应有附加风险，尤其不应有爆炸的危险，虽然有诸如借助于惰性的气体，特别是二氧化碳稀释并最终取代电机中氢气的方法之类的公知技术措施在最大程度上排除了电机爆炸危险。但是对于用什么方式使从电机排出的氢气最大程度上能无危险地排除的问题，至今尚未找到答案。
日本专利JP-A-1-315238已揭示了一种从一注氢的电机中排出氢气以及向一固体储存器输入氢气的方法，参见日本专利文摘第14卷Nr.120(E-899)(4063)。从电机中排出氢气是这样实现的，即冷却与电机相连接的固体储存器。在氢排出后，以一种惰性气体如氮或二氧化碳注入电机。在重新加入氢气前，将该惰性气体吸掉。排除惰性气体后，将固体储存器再次与电机相连，并以加热的方式再将固体储存器中的氢气再输入电机中。该方法的效率受影响的地方在于在排出氢气时电机中的压力不断下降和最终不能全部将电机中的氢气排出。在排出惰性气体时，情况也一样，由此，会污染氢气，这样就会影响其冷却作用。公知方法的效率受到限制就使在故障情况下排出氢气的能力方面产生问题。
基于上述的问题，本发明的任务在于，提出一种从注氢的电机中排出氢气和将氢气输入固体储存器的方法，其很好地解决了与氢气输送相关的问题，并除了很快地将电机排空外，可最大限度地安全保存排自于电机的氢气。此外，还提供了该方法的有关应用，其实施装置以及该装置的使用。
按照本发明从注氢的电机中排出氢气和将氢气输入固体储存器的方法，其特征在于，藉助于一个惰性气体流输送氢气。
按照本发明，气态氢不是简单地将其作为气体从电机排出，如果这样，就不能完全避免氢气损失，而是氢气被一固体容器所吸收。这样，本发明使得在这时储存氢气用的固体储存器的特性很好地予以使用。例如，这种类型的固体储存器已在1983年，魏因海姆化学出版社出版的“UllmannsEncyktopaediedertechnischenChemie”，第24卷，第243及以后几页中记载了。其中，固体储存器表现为利用表面效应储存氢气的吸收储存器，和在固体内部储存氢气的吸收存储器。根据实施情况，在吸收储存器中的氢气是以原子形式储存的，例如在钯固体中的情况就是如此，或者其与固体反应形成氢化物。在储存器中，氢气化学反应生成氢化物的吸收储存器称为“氢化物储存器”。氢化物储存器包括某些金属合金，特别是这种金属合金中含有钛、锆、钒、铁、铬或锰，或许还有其他这类元素。
为排净电机里的氢气，将惰性气体流导入电机和固体储存器，以便使电机里的氢气尽可能全部排出。这样，电机里的氢气几乎全部被惰性气体所替代。作为惰性气体来说，该气体最有利适用的方式为，其不含氧，最好为纯氮气。上述措施对于氢化物储存器具有特别意义，因为含有氧的气体会影响氢化物储存器的功能。
按照本发明避免了不利的电机中压力的下降。惰性气体流携带电机里的氢气并逐渐替代它。这样，保证在电机里存在足够的压力和始终保持输送氢气所需的足够的物料流量。不再需要为排出或装入氢气而将电机排空。这种排空需要专门的真空泵，并在某些情况下会造成电机内部结构部分跑气的危险。在这个意义上说，本发明方法也对保持电机里的氢纯度有利。
本发明特有的优点在于，确保了环境与固体储存器里的氢相分离，并尤其确保了氧气不介入其中。当氢化物储存器处于火灾或类似炽热时，那么它就很起作用。在这种情况下，虽然会影响固体储存器里的氢的化合，这时，在固体储存器里产生压力;但是，该压力的建立由于通常固体储存器必需的比较大的物料而慢慢地进行，以致于一般有可能持续一段比较长的时间，不断地向外排出氢气。为此，只需要小截面的管道，这样的管道一般可比较简单地隔离保护和冷却，以致于在所有可想象到的情况下，始终保持高安全可靠性。
优点还在于，为引入氢气而冷却固体储存器，因为冷却固体储存器可促进储存氢气。显著的优点还在于，冷却的程度可这样大，以致于在固体储存器中产生负压，由该负压将氢气从电机中吸出。上述优点对于氢化物储存器特别重要，在相对比较适度的冷却功率下，就可使其达到高的负压，甚至于就此可以去消为排出氢气而设置的泵，其他的非氢气体的泵除外。根据固体储存器的实施情况和根据具体所提出的要求，尤其是在紧急情况下，冷却可这样来实现，即将液态氮或干冰大量地给予固体储存器，这样的措施对于火灾情况下尤其重要，因为这同时会有利于排除固体储存器周围的，必要时也包括电机周围的氧或可燃气体。
当然一般而言，为排出氢，通常用温度为10℃冷的管道水冷却固体储存器是足够的。为了向电机里加入氢，通常用来自于普通热水装置的水温约60℃的热水加热固体储存器就足够了。
本方法特别适用于大型发电机，尤其是从涡轮发电机中将氢排出。
按照本发明的从注氢的电机中排出氢和向一固体储存器中输入氢的装置的特征在于，一个可由惰性气体贯流的、具有把惰性气体排向周围装置的和可与电机相连接的固体储存器以及把惰性气体导入电机中的装置。把惰性气体排向外界的装置，尤其包括一个排出管道系统，需要时带有一截止阀，以及一个烟囱。把惰性气体导入电机的装置包括一个惰性气体的储备容器和相应的管道系统和阀门系统。
固体储存器优选吸收储存器，最好是氢化物储存器。
如果固体储存器具有过压阀是有利的，通过它可与诸如排出管道系统和烟囱等把氢排向外界的装置相连。带有根本性的优点在于，尤其是可以使用比较小截面的管道系统，其可比较简易地设置特别安全设施，以致于从固体储存器排出的氢气事实上根本不可能被点燃。根本用不着担心由相应炽热引起大的氢气火焰。
该装置最好具有冷却固体储存器的装置，因为冷却作用会从根本上使氢气置于固体储存器里。根据构型也可以使用这样的装置，即在没有任何其他辅助手段，尤其没有泵的情况下，能把氢从电机吸出进入固体储存器里。
为了能用广泛的更随意的方法使氢在电机和固体储存器之间传输，固体储存器最好配备有温度调节，尤其是加热装置。由此，不使用总会导致渗漏的泵也能随意进行电机和固体储存器之间氢气的输送。
该装置尤其适用于将大型发电机，特别是涡轮发电机里的氢排出。在这种场合，根据需要以1Nm3/Sec的通过能力将氢气从电机中排出。
该装置另一个可取的应用是当电机检修时，用于氢气的暂存。
当氢气周期性地至少部分地从电机中排出，储入固体储存器中，并再次输回电机中时，本装置也适用于此时对电机里已有氢的净化。因为通常固体储存器也对其他非氢气体，特别是空气成分具有显著的吸收力，它除了储存功能外还能净化氢气，在那里它吸收了氢气中的杂质事实上依靠固体储存器可达到氢气在商业上应用通常规定的纯度标准，其中杂质含量低于10-3%。在大型发电机中，氢的纯度是特别重要的，因为在大型发电机中氢的纯度直接影响旋转部件的气体摩擦。尤其是，对于视在功率数量级为500MVA的涡轮发电机来说，通过改善氢的纯度可提高功率100KW以上。
附图
中描述了本发明的一个实施例。在这一图中展示了一个装置，其中，电机1通过连接管3与一个固体储存器2接通。该固体储存器3最好是氢化物储存器，它包括一个由金属或金属合金制成的能容纳被输送氢的多孔容器，该固体存储器接受来自电机1的氢气，也就是利用调节固体储存器2的温度来控制电机1里的氢的排出，通过冷却，可在固体储存器2中产生真空，抽吸电机1中的氢;通过升温，能在固体储存器2中产生过压，有利于将氢气通过连接管3压进电机1中。为了调节固体储存器2的温度配备一个热交换器10，它通过一个附设的连接管道系统11，一方面与一个冷却装置12，尤其是一个常规的冷却水管道系统相连接;另一方面与一个加热装置13，尤其一个常规的热水管道系统相连接。热交换器10、致冷装置12和热装置13的构型除有关应用指导外不受限制。应该指出，特别是通过相应的致冷装置12设置可实现防止固体储存器过热的有效保护。这样，尤其在发生火灾的情况下，藉助于相应设置的致冷装置12，甚至在困难条件下也使固体储存器2保持相当低的温度，以致于氢实际上被完全置于固体储存器2里。如果可能，可以用液态氮、干冰或类似物对固体储存器2进行冷却。为了在必要时将电机1与固体储存器2隔断，在连接管3上设有断流阀16。
通过相应的管道5及调节阀6，从储备容器4将惰性气体，最好是氮加入电机1。用该惰性气体能使氢从电机1中排出并压入固体储存器2中，氢全部排出并进入固体储存器2后，为了检修等目的，能够打开电机1。
通过引入惰性气体实现氢气从电机1里排出，这样会导致惰性气体和氢气混合。为了储存这样一种与惰性气体混合的氢气，由固体储存器2将混合气体吸入，在那里氢被束缚住，并由此再次与惰性气体分离。在其贯流过固体储存器2后，惰性气体通过排放管道系统7导入烟囱15。管道7是分叉的，在一分叉支路上设有过压阀9，而其特别重要之处在于当经加热，束缚在固体储存器2里的氢被释出，并产生过压，为避免损坏必须对其进行限制。在另一个排放管道系统7的分叉支路里设置一真空泵14，在其和固体储存器2之间设有一调节阀8，最好是截止阀。在打开调节阀8的情况下，使用真空泵14可从固体储存器2吸出惰性气体并导入烟囱15。为了使导入电机1里的氢摆脱在某些情况下所含有的残余惰性气体，也可利用真空泵14。为此，混合气体从电机吸入固体储存器2，其可通过致冷或另一尚未在图中示出的泵，使混合气体中的氢气沉积在固体储存器2中，并且由此与惰性气体相分离，惰性气体可通过真空泵14吸出。通过利用固体储存器2对其他非氢气体，尤其是含氧气体的吸力可实现对电机1中气体的净化。由于周期性地将氢气在电机1和固体储存器2之间输进输出过程，会将变污浊的氢气导入固体储存器2，并在那里吸收。用这种方法达到氢的纯度远超过商业上通常可供使用的纯度。常规来说，杂质含量为0.1%。
本发明涉及从注氢的电机中排出氢气，其中，气态的氢被送往一固体化合装置。在这种情况下，至今必需的用于输送和排出大量气态氢的装置是多余的。因此，按照本发明能显著提高带有含氢电机装置的运行可靠性。
附图标号表1.电机2.固体储存器3.连接管道4.惰性气体储备容器5.惰性气体管道6.调节阀7.排放管道系统8.截止阀9.过压阀10.热交换器11.连接管道系统12.致冷装置13.加热装置14.真空泵15.烟囱16.调节阀
权利要求
1.从一注氢的电机(1)中排出氢气和向一固体储存器(2)里输入氢气的方法，其特征在于，藉助于一种惰性气体流传输氢气。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，惰性气体不含氧。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，惰性气体是氮。
4.根据上述权利要求中的一个权利要求的方法，其特征在于，冷却固体储存器(2)，以便吸入氢气。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在固体储存器(2)中，通过冷却产生负压，由该负压将氢气从电机(1)中吸出。
6.根据上述权利要求任一个权利要求的方法，其特征在于，由惰性气体全部地替代电机(1)中的氢气。
7.将上述权利要求中的一个权利要求的方法应用于从一大型发电机，特别是从涡轮发电机中排出氢气。
8.实施根据权利要求1至6中一个权利要求的方法的装置，其特征在于，该装置包括一个可由惰性气体贯流的、把惰性气体排向外界的装置(7、8、14、15)，一个可与电机(1)相连接的固体储存器(2)以及一个把惰性气体导入电机(1)中的装置(4、5、6)。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，该固体储存器(2)是一种吸收储存器，最好是一种氢化物储存器。
10.根据权利要求8或9的装置，其特征在于，该固体储存器(2)具有一过压阀(9)，通过该阀固体储存器可与把氢排向外界的装置(7，15)相连。
11.根据权利要求8至10中的一个权利要求的装置，其特征在于，具有一冷却固体储存器(2)的装置(10、11、12)。
12.根据权利要求8至11中的一个权利要求的装置，其特征在于，具有一对固体储存器(2)调节温度，尤其是加热的装置(10、11、13)。
13.根据权利要求8至12中的一个权利要求的装置应用于从一大型发电机，特别是从涡轮发电机中排出氢气。
14.根据权利要求13的应用，其中，氢气约以1Nm3/Sec的通过能力排出。
15.将根据权利要求8至12中的一个权利要求的装置或根据权利要求13和14中一个权利要求的应用，应用于当电机(1)检修时氢气的暂存。
16.将根据权利要求8至12中一个权利要求的装置或根据权利要求13至15中一个权利要求的应用，应用于对电机(1)中氢气的净化，其中，氢气周期性地至少部分地从电机(1)中排出，储入固体储存器(2)，并再次输回电机(1)中。
全文摘要
本发明涉及从注氢的电机(1)中排出氢气，其中，氢气从电机(1)输入固体储存器(2)并且在那里储存。对此，藉助于一种惰性气体流传输氢气。固体储存器(2)尤其是一种吸收储存器，最好是一种氢化物储存器。
文档编号H02K9/26GK1090684SQ9311441
公开日1994年8月10日 申请日期1993年11月4日 优先权日1992年11月4日
发明者哈尔穆特·雷穆, 克劳斯·维勒, 彼德·施恩菲尔德 申请人:西门子公司