(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空素線の中空部に冷却水を流通して内部を冷却する発電機用電機コイルであって、前記中空素線の内壁に、アミン系硬化剤或いは、アミド系硬化剤が配合され、かつ、分子構造中に珪素、或いは、硫黄を含むエポキシ樹脂からなる被膜が施されていることを特徴とする発電機用電機コイル。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂は、界面処理剤が配合されていることを特徴とする請求項１に記載の発電機用電機コイル。
【請求項３】
中空素線の中空部に冷却水を流通して内部を冷却する発電機用電機コイルを製造する際に、前記中空素線内に熱硬化樹脂を注入充填し、該熱硬化樹脂を加圧した後、前記中空素線内に加温媒体を加圧流通し、該加温媒体で前記中空素線の内壁に付着した前記熱硬化樹脂による被膜を残しつつ、前記中空素線内の余剰な前記熱硬化性樹脂を取り除くことを特徴とする発電機用電機コイルの製造方法。
【請求項４】
中空素線の中空部に冷却水を流通して内部を冷却する発電機用電機コイルを製造する際に、前記中空素線内に熱硬化樹脂を注入充填し、該熱硬化樹脂を加圧した後、前記熱硬化樹脂との溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体を前記中空素線内に加圧注入し、該加温媒体で前記中空素線の内壁に付着した前記熱硬化樹脂による被膜を残しつつ、前記中空素線内の余剰な前記熱硬化性樹脂を取り除くことを特徴とする発電機用電機コイルの製造方法。
【請求項５】
前記溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体は、フッ素系液状媒体であることを特徴とする請求項４記載の発電機用電機コイルの製造方法。
【請求項６】
前記中空素線内に熱硬化樹脂を加圧注入する前に、前記中空素線内を酸化処理してなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発電機用電機コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空素線の中空部に冷却水を流通して内部を冷却する発電機用電機コイル及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電機は、実公昭58−40782 号公報，実公昭59−8449号公報に記載のように、電機コイル内部に冷却水を流通せしめ、電機コイルを内部から冷却していた。このため、コイル素線を中空構造としていた。また、電機コイルの端部、いわゆるコイルエンド部に、冷却水の給排及び電機コイル間の電気的接続を行う素線箱体を設け、イオン交換樹脂及びフィルターを介した高純度の水を、ポンプにより循環するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の発電機の電機コイルにあっては、中空素線の冷却水との接触部分の高耐食化について考慮しているものではなかった。このため、中空素線の冷却水との接触面に腐食電位発生が発生した場合、銅系材料よりなる中空素線が腐食してしまう虞れがあった。
【０００４】
中空素線が腐食してしまうと、腐食生成物が発生し、冷却水と共に電機コイル内部を流通してしまう。流通した腐食生成物は、フィルターに付着して目詰まりを生じさせたり、或いは、中空素線内部に堆積したりして、電機コイル内部を流れる冷却水量を低下させてしまう。これにより、電機コイル温度が上昇し、電機コイルの絶縁が過熱劣化され、ひいては絶縁破壊まで至ってしまう虞れがある。
また、腐食した中空素線に機械的応力が繰り返し掛かってしまうと、中空素線には、クラックや潰食孔が生じてしまう。これにより、冷却水が漏水し、電機コイルの絶縁が劣化され、ひいては絶縁短絡まで至ってしまう虞れがある。
【０００５】
本発明は、中空素線の高耐食化を図った信頼性の高い発電機用電機コイルの提供を目的とするものである。また、中空素線の高耐食化を図るための発電機コイルの製造方法の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発電機用電機コイルは、冷却水と接触する部分、すなわち、中空素線の内壁に、有機材料による被膜を施している。有機材料としては、低粘性の熱硬化性樹脂を用いている。
【０００７】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を用いている。エポキシ樹脂には、アミン系硬化剤、或いは、アミド系硬化剤を配合している。また、エポキシ樹脂としては、分子構造中に珪素、或いは、硫黄を含んだエポキシ樹脂を用いている。また、エポキシ樹脂には、界面処理剤を配合している。
【０００８】
本発明に係る発電機用電機コイルの製造方法は、液状の有機材料である熱硬化樹脂を中空素線内に注入充填し、注入充填した熱硬化樹脂を加圧した後、加温気体または加温液体を中空素線内に加圧流通して、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を中空素線の内壁に施している。又は、液状の有機材料である熱硬化樹脂を中空素線内に加圧注入し、注入充填した熱硬化樹脂を加圧した後、注入充填した熱硬化樹脂との相溶性のない、すなわち、熱硬化樹脂との溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体を中空素線内に加圧注入して、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を中空素線の内壁に施している。
【０００９】
溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体としては、加圧注入する熱硬化樹脂よりも比重が大きく、かつ、熱硬化樹脂を溶解しないフッ素系液状媒体を用いている。
【００１０】
また、上述した一連の製造工程は、中空素線に素線箱体をろう付け接合した状態で行っている。また、熱硬化樹脂を中空素線内に加圧注入する前に、中空素線の内壁を酸化処理し、中空素線の内壁に酸化腐食防止被膜を施している。
【００１１】
本発明に係る発電機は、タービン発電機であって、冷却水と接触し、かつ、銅系材料でできた部分、例えば、電機コイルの中空素線の内壁に、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を施している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施例であるタービン発電機の固定子コイルの構造を示した断面図、図２は、図１のII−II矢視断面図、図３は、図１のIII 部分の拡大断面図である。符号１は、その固定子コイルを示しており、固定子コイル１は、図２に示すように、矩形状の中空素線２がｍ列ｎ段（ｍ，ｎは、いずれも任意の整数であって、本実施例では、４列４段の場合を示している）に整列したコイル素線群、コイル素線群の周囲に施された絶縁層３からなっている。
【００１４】
固定子コイル１の両端部には、冷却水の給排を行いつつ、固定子コイル間の電気的接続を行う素線箱体４をろう付けにより接合している。素線箱体４の内部には、冷却水給排室７を設けている。素線箱体４の一端側（反固定子コイル１側）には、冷却水給排室７と素線箱体４に冷却水を導く絶縁ホース（図示せず）とを接続する給排用口金具６をろう付けにより接合している。また、素線箱体４の一端側（反固定子コイル１側、かつ、給排用口金具６の下側）には、通電接続片５を複数枚ろう付けにより接合している。
【００１５】
固定子コイル１の中空素線２内壁には、有機材料による被膜９を施している。これは、中空素線２の腐食を防止するためである。この有機材料としては、低粘性の熱硬化樹脂を用いている。具体的には、エポキシ樹脂を用いている。
【００１６】
エポキシ樹脂には、アミン系硬化剤、或いは、アミド系硬化剤を配合している。このように、アミン系硬化剤、或いは、アミド系硬化剤をエポキシ樹脂に配合するのは、分子構造中のエステル結合をなくして耐加水分解性を図ると共に、銅系材料よりなる中空素線２との接着結合を良くするためである。
【００１７】
また、エポキシ樹脂には、分子構造中に珪素、或いは、硫黄を含んだものを用いている。このように、分子構造中に珪素、或いは、硫黄を含んだエポキシ樹脂を用いるのは、可撓性を大きくして、中空素線２に亀裂が生じたとしても、この亀裂部を可撓性を大きいエポキシ樹脂の被膜９で封止し、漏水を防ぐためである。
【００１８】
また、エポキシ樹脂には、界面処理剤を配合している。このように、界面処理剤をエポキシ樹脂に配合するのは、中空素線２内におけるエポキシ樹脂の被膜９の塗布性を均一にするためである。
【００１９】
次に、エポキシ樹脂による被膜９の形成方法について説明する。
【００２０】
まず、素線箱体４を固定子コイル１の両端に接続した後、酸洗処理により中空素線２の内壁や素線箱体４とのろう付け接合部に付着したスケールを取り除き、中空素線２の内壁や素線箱体４とのろう付け接合部に酸化腐食防止被膜を施す。このように、エポキシ樹脂による被膜９を中空素線２内に施す前に、中空素線２の内壁を酸化処理し、中空素線２の内壁に酸化腐食防止被膜を施すのは、中空素線２の内壁に施したエポキシ樹脂による被膜９に部分的な欠陥が生じて中空素線２の地肌が露出しても、その部分の腐食の進行を抑えるためである。
【００２１】
この酸化腐食防止被膜は、中空素線の内壁を、１５０℃以上の空気、或いは、酸素，水蒸気，過酸化水素のいずれかを少なくとも１種類を混合した空気に0.5〜１.０時間さらして施す。
【００２２】
ここで、上記空気の温度としては、中空素線２の内壁に施した酸化腐食防止被膜が剥離しないように、その最高温度を５００℃以下とすることが望ましい。また、中空素線２の内壁を空気にさらす時間としては、長ければ長いほど保護性の高い酸化腐食防止被膜が得られるのでよいが、上記時間で十分な保護性が得られる。また、中空素線２内部に導入する空気を流動させ、中空素線２の内壁に均一な酸化腐食防止被膜を形成することが望ましい。
【００２３】
また、酸化腐食防止被膜は、中空素線の内壁を、溶存酸素濃度が１ppm 以上、かつ、５０℃以上の温水に５０〜１００時間さらして施す。
【００２４】
ここで、酸化処理に用いられる温水は、酸化処理中における孔食等の局部腐食の発生を抑えるために、純度の高いことが望ましい。また、その温水の温度としては、局部腐食の発生を効果的に抑えるために、その最高温度を９０℃以下とすることが望ましい。また、中空素線の内壁を温水にさらす時間としては、長ければ長いほど保護性の高い酸化腐食防止被膜が得られるのでよいが、上記時間でも十分な保護性が得られる。また、１００〜２００時間であってもよい。また、中空素線内部に導入する温水を流動させ、中空素線の内壁に均一な酸化腐食防止被膜を形成することが望ましい。
【００２５】
この後、エポキシ樹脂による被膜９を中空素線２の内壁に施す。
【００２６】
まず、一方の素線箱体４の給排用口金具６から、液状の熱硬化樹脂（エポキシ樹脂）を注入し、中空素線２内部及び素線箱体４内部にその熱硬化樹脂を充填する。この後、一方の素線箱体４の給排用口金具６の口部を、封止用金具８により封止し、他方の素線箱体４の給排用口金具６に加圧ホースを取り付け、１時間加圧する。
【００２７】
この後、４０℃〜１２０℃の加温気体、又は、加温液体を中空素線２内に５時間加圧流通し、中空素線２の内壁に付着した熱硬化樹脂による被膜を残しつつ、中空素線２内の余剰な熱硬化樹脂を取り除く。これにより、熱硬化樹脂による被膜９は、加熱活性化され、中空素線２内壁に接着硬化する。
【００２８】
尚、中空素線２の内壁に均一な被膜９を形成するためには、加温媒体として液体媒体を用いることが望ましい。また、この被膜形成方法は、中空素線２が長手方向に直線の場合に用いるのが望ましい。
【００２９】
また、別な方法としては、まず、一方の素線箱体４の給排用口金具６から、液状の熱硬化樹脂（エポキシ樹脂）を注入し、中空素線２内部及び素線箱体４内部にその熱硬化樹脂を充填する。この後、一方の素線箱体４の給排用口金具６の口部を、封止用金具８により封止し、他方の素線箱体４の給排用口金具６に加圧ホースを取り付け、１時間加圧する。
【００３０】
この後、熱硬化樹脂との相溶性のない、すなわち、熱硬化樹脂との溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体を中空素線２内に加圧注入し、中空素線２の内壁に付着した熱硬化樹脂による被膜９を残しつつ、中空素線２内の余剰な熱硬化樹脂を除去する。これにより、中空素線２の内壁には、均一な熱硬化樹脂の被膜９が形成される。
【００３１】
溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体としては、加圧注入する熱硬化樹脂よりも比重が大きく、かつ、熱硬化樹脂を溶解しないフッ素系液状媒体を用いている。
【００３２】
尚、この被膜形成方法は、中空素線２が長手方向に直線でない場合、すなわち、中空素線２が曲率の弧状である場合に用いるのが望ましい。また、この場合、中空素線２内に加圧注入する媒体としては、上記のように液状媒体を用いるのが望ましい。これは、その媒体が気体媒体であると、弧状の中空素線２内部の一部分に気体の流通経路が形成され、熱硬化樹脂の余剰分の除去が不均一となり、形成した被膜が不均一となるためである。
【００３３】
以上のように、エポキシ樹脂による被膜９を中空素線２の内壁に施し、固定子コイル１を得る。そして、この固定子コイル１を、タービン発電機の固定子鉄心に設けたスロットに納める。
【００３４】
尚、エポキシ樹脂による被膜９の厚さは、いずれかの被膜形成方法を繰り返し行うことにより制御できる。また、エポキシ樹脂による被膜９は、素線箱体４を固定子コイル１の両端に接続した後に行っているので、図３に示すように、素線箱体４内部と中空素線２との間の隙間、すなわち、ろう付け欠陥部１０にエポキシ樹脂を充填することができ、隙間腐食をも防止することができる。
【００３５】
次に、本発明者らが行った試験結果を表１に基づき説明する。
【００３６】
本発明者らは、表１に示すように、酸化処理，熱硬化性樹脂，加温媒体を種々変えて実施例１〜実施例１０の固定子コイルを得た。
【００３７】
【表１】
0003635922.tif 000002
【００３８】
表１の酸化処理において、「有」は、水温６５℃，溶存酸素濃度を４５００ppbにした純水に２５０時間さらす酸化処理を示し、「無」は、無機酸による洗浄処理を示している。
【００３９】
表１の熱硬化樹脂において、「Ａ」は、硫黄分子含有ポリサルファイドエポキシ樹脂（品名：FLEP60，東レチオコール社製），ポリアミン（品名：ＥＨ５３１，旭電化社製)，希釈剤フェニルグリシジルエーテル，界面処理剤(品名：BYK354，ビックケミー社製）とからなる熱硬化樹脂を示し、「Ｂ」は、シリコン分子含有エポキシ樹脂，ポリアミン（品名：ＥＰ００１，セメダイン社製）からなり、トルエンとメチルエチルケトンとの５０％混合溶剤に８０％濃度とした熱硬化樹脂を示し、「Ｃ」は、ビスフェノールＡ系ジグリシジルエーテル，トリエチレンテトラミンからなる熱硬化樹脂を示し、「Ｄ」は、ビスフェノールＡ系ジグリシジルエーテル，ヘキサヒドロフタル酸無水物からなる熱硬化樹脂を示している。いずれの熱硬化樹脂も、エポキシ樹脂であり、その溶解度パラメータは、９〜１０である。
【００４０】
表１の加温媒体において、「ａ」は、フッ素系溶剤，ポリフロロカーボン（品名：ＫＰＦ−６１，関東電化工業社製）からなり、溶解度パラメータ６，温度３０℃〜４０℃の加温媒体を示し、「ｂ」は、制御空気で、温度４０℃〜１５０℃の加温媒体を示している。
【００４１】
また、中空素線には、冷却水の流れる開口部の横幅を３.５mm，縦幅を１.５mm，板厚を１.０mm，線長を８ｍのものを用いた。
【００４２】
まず、表１のようにして得られた各固定子コイルに対して、腐食試験を行った。この腐食試験は、温度を６５℃，溶存酸素濃度を２０ppb とした純水を、固定コイルに流速１.８ｍ／ｓ で１００時間流し、その時の腐食生成物の放出速度を調べる試験である。また、その時の被膜の外観を観測する試験である。
【００４３】
この結果、実施例４，５，７，８において、腐食生成物の放出を確認した。また、実施例３，４，７，１０において、熱硬化樹脂による被覆に剥離，クラック，劣化，分解等の症状を確認した。
【００４４】
次に、疲労試験後の水圧試験を行った。この水圧試験は、素線箱体を接合した固定子コイルの端部を固定し、中空素線子に方持ち梁の繰り返し曲げ疲労を加えて亀裂を発生させ、この後、中空素線内に２気圧の水圧をかけ、亀裂からのリークの有無を調べる試験である。
【００４５】
この結果、実施例３，４，５，７，８，１０において、リークを確認した。
【００４６】
以上のことから、表１に示した熱硬化樹脂の中でも実施例１，２，６，９に用いた熱硬化樹脂で被覆を施せば、剥離，クラック，劣化，分解等をきたすことない大きな可撓性を有する均一な被膜が得られると共に、中空素線の腐食を防止することができる高耐食性の固定子コイルを得ることができると判った。
【００４７】
また、実施例４と実施例７から、熱硬化樹脂による被膜を施す前に、水温６５℃，溶存酸素濃度を４５００ppb にした純水に２５０時間さらす酸化処理を行い、中空素線の内壁に酸化腐食防止被膜を形成しておけば、仮に熱硬化樹脂による被膜に分解，劣化等の症状が現れたとしても、中空素線の腐食の進行を著しく抑えることができると判った。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る発電機用電機コイルによれば、冷却水と接触する部分、すなわち、中空素線の内壁に、有機材料として熱硬化樹脂、具体的には、エポキシ樹脂による被膜を施しているので、腐食電位の発生による腐食防止を図ることができ、電機コイルの絶縁破壊，絶縁短絡まで至ってしまう虞れがない。
【００４９】
本発明に係る発電機用電機コイルの製造方法は、液状の有機材料である熱硬化樹脂を中空素線内に注入充填し、注入充填した熱硬化樹脂を加圧した後、加温気体または加温液体を中空素線内に加圧流通して、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を中空素線の内壁に施している。又は、液状の有機材料である熱硬化樹脂を中空素線内に注入充填し、注入充填した熱硬化樹脂を加圧した後、熱硬化樹脂との相溶性のない、すなわち、熱硬化樹脂との溶解度パラメータが２以上の差を有する液状媒体を中空素線内に加圧注入して、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を中空素線の内壁に施しているので、腐食電位の発生による腐食防止を図った電機コイルの絶縁破壊，絶縁短絡まで至ってしまう虞れのない発電機用電機コイルを製造できる。
【００５０】
本発明に係る発電機によれば、冷却水と接触し、かつ、銅系材料でできた部分、例えば、電機コイルの中空素線の内壁に、有機材料である熱硬化樹脂による被膜を施しているので、電機コイルの絶縁破壊，絶縁短絡による発電機の運転停止等大きな事故に至ってしまう虞れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるタービン発電機の固定子コイルを示した断面図。
【図２】図１のII−II矢視断面図。
【図３】図１のIII 部分の拡大断面図。
【符号の説明】
１…固定子コイル、２…中空素線、３…絶縁層、４…素線箱体、５…通電接続片、６…給排用口金具、７…冷却水給排室、８…封止用金具、９…被膜、１０…ろう付け欠陥部。
【図１】
0003635922.tif 000003
【図２】
0003635922.tif 000004
【図３】
0003635922.tif 000005