(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線冷却システムのストレーナ上の酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物を溶解する方法であって、
（ａ）前記固定子巻線冷却システムを通って流れる冷却液中に二酸化炭素（ＣＯ2）を注入することによって冷却液中の二酸化炭素（ＣＯ2）含量を調節し、もって冷却液の酸化第二銅溶解度を上昇させる工程と、
（ｂ）前記ストレーナを通して溶解度のより高い前記冷却液を流すことによって前記ストレーナ上に生成した酸化第二銅堆積物を溶解する工程と
を含む方法。
【請求項２】
酸化第二銅溶解度を増加させる前記工程が、前記溶解度を過飽和から飽和未満のレベルまで低下させる、請求項１記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素が前記冷却液を基準として３〜２０ｐｐｂの濃度で注入される、請求項１記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項４】
前記ＣＯ2の注入が前記冷却液中に未処理の空気を注入することによって行われる、請求項１記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項５】
過飽和濃度の酸化第二銅を含有する冷却液を前記固定子巻線冷却システム中に循環させる工程をさらに含む、請求項１記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項６】
（ｃ）前記冷却液がストレーナを通って流れる際の圧力降下を検出する工程と、（ｄ）検出された圧力降下が所定の閾値を超えて増加した後に二酸化炭素の注入を開始する工程とをさらに含む、請求項５記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項７】
前記ストレーナの前後での圧力降下が第２の所定の圧力降下閾値まで減少した場合に二酸化炭素の注入を停止する工程をさらに含む、請求項６記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項８】
冷却液中に吹込む空気から二酸化炭素（ＣＯ2）を除去するためのスクラッバを迂回する未処理空気の割合を調整することによって冷却液中の二酸化炭素（ＣＯ2）含量を調節する、請求項１記載の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【請求項９】
冷却液の流れに由来する酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物を有するストレーナと、前記冷却液中に注入することによって冷却液中の二酸化炭素（ＣＯ2）含量を調節するため固定子水冷システムに連結された二酸化炭素供給源と、前記供給源と前記ストレーナとの間に連結された制御弁と、前記制御弁を操作して前記冷却液中での酸化第二銅の溶解度を不飽和まで増加させる制御器とを含む固定子水冷システム（ＳＷＣＳ）。
【請求項１０】
前記二酸化炭素供給源が未処理空気供給源である、請求項９記載のＳＷＣＳ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、液冷式固定子を有する大型工業用発電機の分野に関する。具体的には、本発明はかかる固定子の液冷システムに関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
工業用発電機は、固定子内部液冷システムを有する大型工業用重機である。これらの固定子の各々は、固定子水冷システム（ＳＷＣＳ）と呼ばれる液冷システムを具備している。ＳＷＣＳ中を固定子冷却液（例えば、酸素添加水）が循環することにより、固定子中の巻線が冷却される。冷却液は、巻線を通って流れる高エネルギー電流によって発生した熱を固定子巻線から取除く。ＳＷＣＳは、固定子全域にわたって配置されかつ巻線間に延びる冷却通路の回路網を含んでいる。大流量の冷却液が固定子の全ての部分に流れることを保証するため、これらの冷却通路は障害の無い開放状態に保つ必要がある。また、ＳＷＣＳは配管を始めとして、固定子外部の幾つかの部品（例えば、冷却液ポンプ、フィルタ、貯留タンク及びストレーナ）も含んでいる。
【０００３】
ＳＷＣＳを通って冷却液が連続的に流れることを保証するため、ＳＷＣＳは冷却液中に浮遊することのある残渣その他の粒子を除去するためのストレーナを含んでいる。もし冷却液から除去しなければ、残渣や粒子はＳＷＣＳの冷却通路の目詰りや閉塞を生じる傾向がある。冷却液から残渣及び粒子を除去することは、固定子の冷却通路の目詰りを回避するために必要である。ストレーナは、そこを冷却液が通過する際に残渣及び粒子を捕獲する。冷却水から残渣及び粒子を除去することにより、ストレーナは冷却通路が冷却液を自由に流す状態を維持するために役立つ。
【０００４】
ストレーナは、固定子水冷システムの低温部分かつ発電機の直ぐ上流側の冷却液配管中に配置されるのが通例である。一般に、ストレーナは固定子の外部かつ上流側のＳＷＣＳ冷却液配管中に配置されたステンレス鋼製の金網フィルタである。ストレーナの金網には、ＳＷＣＳの水から酸化銅が堆積する傾向がある。かかる酸化銅は金網の線材上に堆積して、冷却液が流れる金網の目を縮小する。ストレーナ上への酸化銅の堆積物が増加するのに伴い、冷却液の流れに対するストレーナの抵抗も同じく増大する。酸化銅の堆積したストレーナは、冷却液システム中の流れを妨害し、固定子を通過する冷却液の流量を減少させ、固定子の適正な冷却を阻害する。ＳＷＣＳストレーナの腐食を低減させ、それによってＳＷＣＳ中での冷却液の流れを改善する技術の必要性は古くから感じられていた。
【０００５】
ＳＷＣＳストレーナ上への銅の堆積は、冷却液中に溶解した金属がストレーナの金網上に堆積することに原因する場合が多い。固定子の導電性巻線は、一般に銅（Ｃｕ）である。冷却液が巻線に沿って流れる際、少量の銅（Ｃｕ）が固定子巻線から冷却液中に溶解する。溶解した銅、特に銅イオン（Ｃｕ++）は、ＣｕＯとしてストレーナの金網上に堆積する。ＰＣＴ特許出願第ＷＯ９９／４３０７０２号明細書中には、固定子水冷システム中の混合イオン交換樹脂層の代りに、陽イオン交換樹脂のみを含むより大容量のイオン交換樹脂層を使用することにより、（ストレーナを含む）固定子水冷システムから銅酸化物を低減させる技術が記載されている。この陽イオン交換樹脂は冷却液中を流れる銅イオンを化学的に捕獲し、それによって冷却液中の銅イオンを低減させる。
【０００６】
【発明の概要】
樹脂層の交換は銅（Ｃｕ++）イオンのみを除去するが、冷却液から生成する他のイオン類（例えば、ＣｕＯ）には影響を及ぼさない。ＣｕＯは冷却液中の銅イオンＣｕ++及び溶存Ｏ2 から生成する。溶存ＣｕＯの増加は、ＳＷＣＳ中のストレーナ上に生成する堆積物を増加させることが判明した。ＣｕＯが冷却液中で過飽和状態になると、ＣｕＯはストレーナの金網上に堆積する。ＣｕＯがもはや過飽和状態でなくなるように冷却液のＣｕＯ溶解度を上昇させれば、ＣｕＯの堆積が停止すると共に、既存のＣｕＯ堆積物が溶解するはずである。冷却液中へのＣＯ2 の注入は、ＳＷＣＳシステム中の水のｐＨを変化させる。ＣＯ2 の増加は固定子水冷システム中の水のｐＨを低下させ、それによって発電機巻線の位置でのＣｕＯの溶解度を増加させる。ｐＨの低下は固定子巻線からのＣｕＯの溶解を増加させる。ＣＯ2 を注入するためには、冷却液中に（ＣＯ2 を含んだ）未処理の空気を吹込めばよい。
【０００７】
ＳＷＣＳストレーナ上に生成する堆積物は、少なくとも部分的には、ステンレス鋼製のストレーナ金網上への酸化第二銅（ＣｕＯ）の堆積に原因する。固定子冷却液が酸素で飽和している場合、酸化第二銅の堆積は顕著となる。ストレーナ上の酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物を分析した結果、堆積形態はストレーナ金網上での結晶成長によるものであることが判明した。このような堆積形態は、冷却液中の溶存ＣｕＯがストレーナの位置で過大な濃度（過飽和濃度）を有することに原因するように思われる。結晶成長による実質的な堆積は、ＳＷＣＳ冷却液中の溶存ＣｕＯの濃度がＣｕＯの溶解限度を超えていること、すなわち過飽和の状態にあることを示している。従って、ストレーナの金網上のＣｕＯ堆積物は冷却液中のＣｕＯの過飽和に原因するものと思われた。
【０００８】
ＳＷＣＳのストレーナ金網上のＣｕＯ堆積物は、冷却液中のＣｕＯの過飽和を解消することによって実質的に低減させることができる。冷却液のＣｕＯ溶解度が不飽和状態になれば、冷却液はＣｕＯ堆積物を溶解する。そこで、ＳＷＣＳ冷却液中でのＣｕＯの過飽和を解消するためのシステム及び技術を開発した。ＣｕＯの過飽和を解消するためには、冷却液のＣｕＯ溶解度を上昇させればよい。冷却液中に溶解し得るＣｕＯの量を増加させることにより、冷却液中に存在する量のＣｕＯは化学的に溶解した状態に保つことができると共に、ＳＷＣＳ中に存在する固体のＣｕＯ堆積物は冷却液中に溶解することができる。冷却液中にＣｕＯが完全に溶解するため、ストレーナの位置でのＣｕＯの過飽和状態は解消され、そしてストレーナ上にＣｕＯ結晶が堆積する傾向は劇的に低下する。
【０００９】
冷却液中でのＣｕＯの溶解度は、冷却液の温度及び酸性度／塩基性度（ｐＨ）に依存する。溶液中でのＣｕＯの化学的性質は公知である。酸素飽和水中での（Ｃｕ++としての）ＣｕＯの溶解度は、様々な温度及びｐＨ条件に関し、Ｄ．Ｄ．ＭａｃＤｏｎａｌｄ、Ｇ．Ｒ．Ｓｈｉｅｒｍａｎ及びＰ．Ｂｕｔｌｅｒ著「Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｔ  Ｅｌｅｖａｔｅｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｐａｒｔ  １．Ｔｈｅ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ−Ｗａｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＡＥＣＬ４１３６、Ｗｈｉｔｅｓｈｅｌｌ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ、ナミトバ、カナダ、１９７２年１２月）に記載されている。ただし、溶液中のＣｕＯに関するこのような一般的な知識は、ＳＷＣＳシステム中のストレーナの目詰りがＣｕＯに原因すること、ＣｕＯ堆積物が冷却液中でのＣｕＯの過飽和から生じる結晶成長に原因すること、あるいはストレーナの位置での冷却液の化学的及び／又は熱的条件を変化させることによってＣｕＯ堆積物を溶解し得ることを示唆するものではない。
【００１０】
ＳＷＣＳストレーナ上のＣｕＯ堆積物は、ＳＷＣＳストレーナの位置での溶存銅イオン（Ｃｕ++）及びＣｕＯの溶解度が過飽和状態から不飽和状態に変化するように固定子冷却液の化学的性質を調整することによって溶解することができる。冷却液中でのＣｕＯの溶解度を増加させれば、冷却液中の全てのＣｕＯが化学的に安定になり、ストレーナ上（及びＳＷＣＳ中のその他の部位）でのＣｕＯ堆積物が溶解し、かつ冷却液中でのＣｕＯの過飽和状態が解消される。ＳＷＣＳの冷却水のｐＨ及び／又は温度を調整することにより、冷却水の化学的性質はストレーナの位置で銅イオン（Ｃｕ++）及びＣｕＯについて著しく不飽和状態となる。
【００１１】
冷却液の化学的性質は、例えば、冷却液中にＣＯ2 を注入することによって調整することができる。ＣＯ2 レベルを上昇させれば、冷却液のＣｕＯ溶解度は同じく上昇する。ＣｕＯ溶解度が十分に上昇すれば、冷却液中の全てのＣｕＯは溶解状態に保たれてストレーナ上に堆積しない。不飽和状態では、結晶成長が起こらないばかりでなく、ストレーナ上のＣｕＯ結晶堆積物は冷却液中に実質的に溶解する。ＣｕＯ結晶堆積物が存在しなければ、ＳＷＣＳストレーナの金網の腐食及び目詰りの多くは防止される。このように固定子冷却液の溶解度を増加させる技術は、ストレーナの目詰りが切迫している場合、ストレーナの応急清掃を行うために使用することができる。
【００１２】
本発明の構成及び機能並びに本発明の製造方法及び使用方法は、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態の詳細な説明を読むことによって最も良く理解されよう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、発電機１４の固定子の冷却通路１２を通して冷却液（例えば、酸素添加水）を循環させる固定子巻線冷却システム（ＳＷＣＳ）１０を略示している。このＳＷＣＳは、ストレーナ１８、他のフィルタ２０、ポンプ２２、熱交換器２４、流量制御弁２６、冷却液流量計２８、イオン交換樹脂層３０、整流器３２及び冷却液貯留タンク３４を含む回路網を通して冷却液を輸送する発電機外部の配管１６を含んでいる。ストレーナ１８は、発電機１４の（冷却液の流れに関して）直ぐ上流側の配管１６中かつＳＷＣＳの低温部分内に位置するのが通例である。
【００１４】
冷却液は、ＳＷＣＳ回路網を通って常に循環している。冷却液は固定子冷却水ポンプ２２によって貯留タンク３４から引出され、そして流体を冷却する熱交換器に流入する。熱交換器からの冷却流体は、フィルタ２０及びストレーナ１８を通過して発電機の固定子冷却通路に流入する。冷却通路中の冷却液が銅の巻線に沿って流れる際、冷却液は固定子及び巻線から熱を除去する。かかる熱は、冷却液によって発電機から貯留タンク３４に運ばれる。
【００１５】
固定子中の高度に帯電した通路を通って流れる冷却液中に蓄積した電荷は、冷却液が整流器３２を通って循環する際に放電される。また、冷却液中に金属酸化物が生成する傾向を低下させるため、冷却液はイオン交換樹脂層３０中で脱イオンされる。冷却液の流量は流量制御弁２６によって調節されると共に、制御弁２６を操作する制御器４４に対してフィードバック制御をもたらす流量計２８によって監視される。これまでに述べたＳＷＣＳの構成要素は従来通りのものである。
【００１６】
図１に示すＳＷＣＳシステムは、（従来のシステムと異なり）固定子冷却液中のＣｕＯに関する飽和度を上昇させる能力を有している。この能力は、ＳＷＣＳの固定子冷却水ストレーナでの酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物の増加の防止しかつ／あるいは解消し、それによってストレーナの目詰りを防止することを可能にする。加えて、このようなストレーナ上の堆積物を排除する能力は、ストレーナの清掃のために発電機の運転を停止しなければならない頻度を低下させる。
【００１７】
上記のＳＷＣＳは、(1) 固定子水冷システム中に二酸化炭素（ＣＯ2 ）を注入し、(2) ストレーナの前後での冷却液圧力降下を監視し、そして(3) ストレーナの前後での圧力降下が圧力降下閾値を超えれば二酸化炭素の注入を開始し、また（ＣＯ2 の注入がストレーナの金網を清掃したために）圧力降下が所定のレベルより低くなれば注入を停止することができる。固定子水冷システム中への二酸化炭素（ＣＯ2 ）の注入は、ＳＷＣＳ冷却液中での銅イオン（Ｃｕ++）濃度に応じ、冷却液を基準として例えば３〜２０ｐｐｂの目標ＣＯ2 含量が得られるように行われる。二酸化炭素の注入は、ストレーナ中でのＣｕＯの結晶成長を防止しかつストレーナ上のＣｕＯ結晶を溶解すると共に、固定子ＳＷＣＳの腐食を防止する。
【００１８】
固定子冷却液中にＣＯ2 を注入するためには、貯留タンク３４内の冷却液中に未処理の空気を吹込めばよい。空気から冷却液中に溶解したＣＯ2 は、冷却液のｐＨレベルを変化させるのに十分である。未処理の空気を貯留タンク内に吹込むためには、従来の固定子漏れ監視システム（ＳＬＭＳ）３５を使用することができる。従来のＳＬＭＳは、冷却液中に吹込む空気からＣＯ2 を除去するためのスクラッバを含んでいる。従って、未処理の空気がスクラッバを迂回するように（あるいはスクラッバが一時的に働かなくなるように）従来のＳＬＭＳを改造することにより、ＳＬＭＳ３５が貯留タンク３４内の冷却液中に未処理の空気を注入するようにした。
【００１９】
別法によれば、ＳＷＣＳはＣＯ2 供給源３６と、冷却液の流れ中にＣＯ2 を注入するための制御フローバルブ４０とを含む。フローバルブ４０は、（例えば、冷却液中に二酸化炭素を定期的に注入してストレーナを清掃する発電機技術者が）手動で操作することもできるし、あるいは発電機のＳＷＣＳに付随したコンピュータ制御器（例えば、ＳＷＣＳによって冷却される固定子を有する発電機用の制御器）によって自動的に操作することもできる。
【００２０】
コンピュータ制御器４４は、ストレーナの前後での冷却液圧力降下を監視してストレーナ目詰りの前兆を検出する。ストレーナの前後での圧力降下が増加すれば、ストレーナの金網上のＣｕＯ堆積物を溶解するのに十分なＣＯ2 が冷却液中に注入される。ＣｕＯ堆積物を溶解することにより、金網の目は再び開通して冷却液はストレーナを自由に流通するようになる。ストレーナの冷却液入口及び出口にある圧力センサ４２が、ストレーナの前後での圧力降下を監視する。ＣｕＯの溶解によってストレーナの圧力降下が低下すれば、圧力センサ４２はストレーナの前後での圧力降下が低下して正常な圧力降下値に戻り始めたことを検出する。圧力降下の測定値を手動で監視し、そしてＣＯ2 を注入すべき時期を発電機のサービス技術者が決定することができる。別法として、コンピュータに基づく制御器４４がストレーナの前後での圧力降下を自動的に監視することもできる。制御器によって検出されたストレーナの前後での圧力降下が所定の閾値（例えば、新しいストレーナに関する圧力降下の１５０％に相当する圧力降下）を超えると、制御器はフローバルブ４０を作動して冷却液中へのＣＯ2 の注入を引起こすことができる。同様に、ストレーナの前後での圧力降下が正常レベル（例えば、新しいストレーナに関する圧力降下の１２５％未満）に戻った場合、制御器はフローバルブを遮断してＣＯ2 の注入を停止することができる。ストレーナ上の結晶質ＣｕＯ堆積物は、ＣＯ2 の注入によって溶解する。また、ＣＯ2 の注入はコンピュータ制御器の制御下で自動化することもできる。そうすれば、ＳＷＣＳ中のストレーナはＣＯ2 の自動注入によって清掃することができる。
【００２１】
図２は倍率が次第に増大する一連の写真であって、ＳＷＣＳ中で使用されて結晶質ＣｕＯの堆積したストレーナの金網を示している。最低の倍率で撮影された写真５０では、ストレーナ金網５２の組織が容易に見えることがわかる。次第に増大する倍率で撮影された写真５０、５４、５６及び５８は、金網５２上の結晶質堆積物がストレーナを目詰りさせる様子を示している。これらの写真は、ＳＷＣＳストレーナでの金網の目詰りが金網上での結晶成長に原因することを実証している。垂直方向から１００倍の倍率で撮影した写真５４では、金網上の堆積物が金網５２の組織中の空隙をほぼ完全に閉塞し、それによって金網を通る冷却液の流れを遮断していることがわかる。金網５２上の堆積物が結晶質であることは、それぞれ１０００×及び２５００×の倍率で撮影した写真５６及び５８で一層明らかとなる。
【００２２】
図３は、ＳＷＣＳから取出されたストレーナの金網上の結晶質堆積物を示す１対の極めて高倍率の写真である。写真６０及び６２は、針状又はナイフ状の形態を有するＣｕＯ結晶を示している。写真６０及び６２に示された結晶成長は、過飽和のＣｕＯを含有する冷却液が通過するストレーナの金網上へのＣｕＯの堆積に原因している。同様な結晶質堆積物は、出願人が調査した全ての目詰りしたＳＷＣＳストレーナで見出された。結晶質堆積物の正体を確認したところ、目詰りはＣｕＯ結晶の成長によって起こったこと、及び運転中にはストレーナの位置に過飽和状態のＣｕＯが存在したことが判明した。
【００２３】
ストレーナの位置での結晶成長は、ストレーナの金網上でのＣｕＯ結晶成長を防止することによって低減する。この結晶成長は、主としてＣｕ++及びＣｕＯが過飽和状態となる条件下で起こる。過飽和状態は、ＳＷＣＳ水中のＣｕＯ濃度がストレーナの位置でＣｕＯの溶解度を超えた時に生じる。典型的なＳＷＣＳは、３５℃以上の混合弁温度（発電機入口）で動作する。ストレーナの位置で４２℃の温度を使用しながら、「Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ−Ｗａｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｔ  Ｅｌｅｖａｔｅｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｐａｒｔ  １．Ｔｈｅ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ−ＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ」中でＭａｃＤｏｎａｌｄ等によって計算された酸化銅溶解度対温度データからＣｕＯの溶解度を求めた。図４のグラフ６６は、ＳＷＣＳシステム中での固定子冷却液として常用されているような酸素添加水中でのＣｕＯの溶解度を示している。
【００２４】
解離してＣｕ++イオン７０を生成するＣｕＯと（ＳＷＣＳのｐＨ範囲では解離してＨＣＯ3 イオンを生成する）溶存ＣＯ2 とを含有する水のｐＨ（６８）は、これら２種の分子に関する解離反応に際してＨ+ 及びＯＨ- イオンが保存されることによって計算することができる。Ｃｕ++の生成はｐＨを上昇させる。逆に、ＨＣＯ3 の生成は冷却液のｐＨを低下させる。それぞれの（Ｃｕ++，ＨＣＯ3 ）条件に関して求めた４２℃での溶解度対ｐＨ関係を使用することにより、ストレーナの位置でのＣｕＯ過飽和度に関する分析データセットを作成した。
【００２５】
図５は、冷却液中での銅イオン濃度（Ｃｕ++）及び全可溶ＣＯ2 に対するＣｕＯ過飽和度の多変量二次回帰分析（ＣｕＯ  Ｓｕｐｅｒｓａｔ．）を示している。この分析は過飽和度の変動の９９％以上を記述するもので、０〜１３ｐｐｂのＣｕ++及び０〜２５ｐｐｂのＣＯ2 の範囲内でのＣｕＯ過飽和度の信頼できる表現を提供する。回帰方程式を用いて、Ｃｕ++及びＣＯ2 に対する過飽和度の輪郭グラフを作成した。この輪郭グラフを図６に示す。
【００２６】
図６中で（０ｐｐｂＣＯ2 ，５ｐｐｂＣｕ++）から（２５ｐｐｂＣＯ2 ，１１ｐｐｂＣｕ++）まで延びる白い斜線は、過飽和度ゼロの軌跡を規定している。白線の右側では、ストレーナの位置でのＣｕ++過飽和度が正となるような条件が規定されている。これらの過飽和条件は、ストレーナ上に追加の結晶成長が起こり得ることを意味している。白線の左側では、Ｃｕ++過飽和度は負となって、ストレーナ上のＣｕＯ結晶は冷却液中に溶解するはずである。可溶銅イオン濃度の増加は過飽和度を上昇させる。逆に、溶存ＣＯ2 又はＨＣＯ濃度の増加は過飽和度を低下させる。
【００２７】
発電機の水冷巻線ストランドにおける高温及び低温条件下でのＣｕＯの腐食も、ＣｕＯ堆積物を溶解するための最適水化学条件を設定する際に考慮すべきもう１つの重要変数である。図６は、銅イオン濃度が一定の場合、ＣＯ2 の増加が冷却液の過飽和度を低下させることを示している。ＣＯ2 を添加すると、巻線ストランド中に存在する高密度のＣｕＯ層が腐食し、そして新たなより高い平衡値に達するまで冷却液中のＣｕ++濃度を高める。腐食は、平衡銅濃度（ＣｕＯ溶解度）と実際の濃度との差にほぼ比例する速度で起こる。腐食ポテンシャル（「腐食係数」）は、このような平衡濃度（ＣｕＯ溶解度）と実際のＣｕＯ濃度との差であると推定される。銅濃度が平衡値に等しければ、差はゼロであって、ＣｕＯの腐食は起こらないはずである。他方、銅濃度が平衡値よりも遥かに低ければ、強い腐食推進力が存在するはずである。
【００２８】
ｐＨ及びＭａｃＤｏｎａｌｄ等のＣｕＯ溶解度データに基づき、６１．５℃の発電機出口温度についての「腐食係数」を求めた。ストレーナの位置での過飽和度は、冷却水の特定の温度及びｐＨに関し、ストレーナの位置でのＣｕＯ濃度とストレーナの位置での平衡溶解度の間の差として定義した。二次多重回帰分析によって分析データセットの当てはめを行ったところ、図７に示す通り、Ｒ2 ａｄｊ．＝０．９９８の当てはめが得られた（この式は変動の９９．８％を記述している）。６１．５℃での腐食係数を図８中に輪郭グラフとして示す。
【００２９】
温度及びその他全ての水条件はストレーナ及び発電機入口の位置で同じであるから、４２℃の発電機入口温度での巻線及びストランド腐食速度はストレーナの位置での腐食速度と同じはずである。４２℃での腐食係数は、その温度での過飽和度の逆数である。すなわち、図６はＳＷＣＳの発電機入口での過飽和度及び腐食係数の逆数の両方を規定している。
【００３０】
ＳＷＣＳ中に注入された一定範囲のＣＯ2 含量は、ストレーナの位置での結晶成長を防止するが、水冷発電機の巻線ストランドの腐食を制限する。６ｐｐｂ未満の許容される腐食係数に関し、ストレーナの位置での結晶成長を防止するＳＷＣＳ水化学条件の範囲を図９中にバンド８０として示す。図９中で（ＣＯ2 ＝０，Ｃｕ++＝５．８）から（ＣＯ2 ＝２５，Ｃｕ++＝１１．５）まで延びる線８２の右側にある冷却水化学条件は、ストレーナの位置でのより高い過飽和度がストレーナの目詰りをもたらすために推奨されない。図９中で（ＣＯ2 ＝０，Ｃｕ++＝１．８）から（ＣＯ2 ＝２５，Ｃｕ++＝８．５）まで延びる線８４の左側にある冷却水化学条件は、発電機入口での腐食係数が６ｐｐｂを超えるために推奨されない。従って、バンド８０は許容される腐食係数を有する冷却水化学条件を規定する。
【００３１】
ＳＷＣＳ中の冷却水のＣＯ2 含量は、純粋なＣＯ2 又は（約０．０３％のＣＯ2 を含有する）周囲の空気をＳＷＣＳ水中に制御下で注入することによって調節される。（純粋なＣＯ2 又は空気としての）ＣＯ2 の注入は、ＳＬＭＳシステムの一部を成すＣＯ2 スクラッバを迂回する未処理空気の割合を調整することによって制御される。混合イオン交換樹脂層はＳＷＣＳ水からＣＯ2 を除去するから、ＳＷＣＳ中のＣＯ2 含量はＳＬＭＳシステムによって注入されるＳＬＭＳシステムの質量流量をイオン交換樹脂層を通過する水の質量流量で割った値である。典型的なＳＬＭＳシステムは、化学スクラッバによってＣＯ2 を除去した０．５標準立方フィート／分（ｓｃｆｍ）の空気を用いて動作する。同じシステムがスクラッバで処理されない空気を注入した場合、１０５ｃｆｍの水流がイオン交換樹脂層を通過するシステム中には２４ｐｐｂの定常ＣＯ2 濃度が生じる。図９中に示す特定の１２ｐｐｂの目標レベルを達成するためには、０．２５ｓｃｆｍの空気をＳＬＭＳのＣＯ2 スクラッバを迂回させて貯留タンクの水中に吹込めばよい。
【００３２】
ＳＷＣＳ中のＣＯ2 含量は、ＳＷＣＳのｐＨ及びＣｕ++濃度の測定値を用いて決定することができる。最初、冷却水の銅含量が変化しても水化学条件が図９のバンド内に維持されるように、ＳＬＭＳユニット中のＣＯ2 スクラッバを通過する流量が調整される。安定な水化学条件が達成された後、ＳＬＭＳの迂回空気流量が一定に保たれる。
【００３３】
ＳＷＣＳシステムがストレーナの位置でのＣｕＯ過飽和条件の下で運転され、そしてストレーナはほとんど閉塞した状態にあっても、ストレーナの目詰りを解消することができる。ストレーナを通る冷却水の流れの制限を検出し得るようにするため、ストレーナの前後での圧力降下を監視するのが普通である。図１０は時間に対してストレーナの圧力降下及びＳＷＣＳの流量をプロットした概略グラフであって、本来ならばストレーナの目詰りのためにプラントの運転を停止しなければならない時刻Ａの直前の状態を示している。ストレーナの前後での圧力降下の急激な増加はストレーナ金網の最後の目が高度に目詰りしつつあることを表している。ストレーナの前後で大きい圧力降下が検出されると、ＳＷＣＳ水中のＣＯ2 含量を大幅に増加させることにより、ストレーナの位置でのＣｕＯ溶解度が容易に増加すると共に、ストレーナの位置で大きい腐食係数が生み出される。
【００３４】
推奨される３〜２０ｐｐｂの範囲を大きく超えてＣＯ2 が増加すると、大きい腐食係数が生じるはずである。Ｃｕ及びＣＯ2 に対して腐食係数をプロットした分析輪郭グラフを図１１に示す。１２〜２４ｐｐｂのＣｕ++９０という腐食係数は典型的な目標レベルであり得るが、５０ｐｐｂにも達するより大きい腐食係数を適度の時間にわたって持続することもできる。ストレーナの堆積物はＣｕＯの微細な針状結晶から成るので、短時間にわたって大きい腐食係数に暴露すれば、防錆用高密度ＣｕＯ層の顕著な腐食を引起こすことなしにストレーナ上の堆積物が溶解するはずである。これはＳＬＭＳの迂回空気流量を１ｓｃｆｍに増加させることによって達成され、その結果としてＳＷＣＳ中には４５ｐｐｂの定常ＣＯ2 濃度が生み出される。
【００３５】
ストレーナの前後での圧力降下を記録することは、ストレーナ堆積物の除去の進行を監視するために有用であり得る。ストレーナの前後での圧力降下が正常値に戻れば、ＣＯ2 の注入を停止することができる。これは、堆積物の一部のみしか除去されていないことを意味する場合がある。ストレーナがほぼ完全に目詰りしている場合には、圧力降下はもっぱら急激な変化を示すからである。従って、時刻Ｂ（図１０）でシステムを１ｐｐｂ未満の正常ＣＯ2 レベルに戻したとしても、ストレーナはなお多くの目が詰まっている可能性がある。圧力降下が顕著に増加するたびに、ＣＯ2 を注入して腐食係数を１０〜２０ｐｐｂに増加させる操作を繰返すことができる。このようにすれば、発電機の予定された運転休止までは強制的な運転停止が防止される。予定の運転休止時には、部分的に目詰りしたストレーナを交換することができる。
【００３６】
以上、現時点で最も実用的で好ましいと思料される実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解すべきである。それどころか、特許請求の範囲に記載された発明の要旨及び技術的範囲から逸脱しない限り、本発明は様々な変更例及び同等な構成をも包括することを意図している。
【００３７】
以下、本発明の各種の実施形態を例示として挙げる。
【００３８】
１．  固定子巻線冷却システム（１０）のストレーナ（１８）上の酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物を溶解する方法であって、
(a) 前記固定子巻線冷却システムを通って流れる冷却液の酸化第二銅溶解度を上昇させる工程と、
(b) 前記ストレーナを通して溶解度のより高い前記冷却液を流すことによって前記ストレーナ上に生成した酸化第二銅堆積物溶解工程と
を含む方法。
【００３９】
２．  酸化第二銅溶解度を増加させる前記工程が、前記溶解度を過飽和から飽和未満のレベルまで低下させる、実施形態１の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４０】
３．  前記酸化第二銅溶解度工程が、前記冷却液中に二酸化炭素（ＣＯ2 ）を注入することを含む、実施形態１の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４１】
４．  前記二酸化炭素が前記冷却液を基準として３〜２０ｐｐｂの濃度で注入される、実施形態３の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４２】
５．  前記ＣＯ2 の注入が前記冷却液中に未処理の空気を注入することによって行われる、実施形態３の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４３】
６．  (c) 前記冷却液がストレーナを通って流れる際の圧力降下を検出する工程と、(d) 検出された圧力降下が所定の閾値を超えて増加したときに前記の酸化第二銅溶解度を上昇させる工程を開始する工程とをさらに含む、実施形態１の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４４】
７．  (c) 前記冷却液がストレーナを通って流れる際の圧力降下を検出する工程と、(d) 検出された圧力降下が所定の閾値を超えて増加した後に二酸化炭素の注入を開始する工程とをさらに含む、実施形態３の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４５】
８．  前記ストレーナの前後での圧力降下が第２の所定の圧力降下閾値まで減少した場合に二酸化炭素の注入を停止する工程をさらに含む、実施形態７の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４６】
９．  固定子巻線冷却システム中に生成した金属酸化物堆積物を溶解する方法であって、
a) 過飽和濃度の前記金属酸化物を含有する冷却液を前記固定子巻線冷却システム中に循環させる工程と、
(b) 前記金属酸化物の濃度が飽和未満になるまで前記冷却液中での前記金属酸化物の溶解度を上昇させる工程と、
(c) 前記固定子巻線冷却システム中の前記金属酸化物堆積物を溶解する工程と
を含む方法。
【００４７】
１０．  (c) 前記冷却液がストレーナを通って流れる際の圧力降下を検出する工程と、(d) 検出された圧力降下が所定の閾値を超えて増加した後に二酸化炭素の注入を開始する工程とをさらに含む、実施形態９の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４８】
１１．  前記ストレーナの前後での圧力降下が第２の所定の圧力降下閾値まで減少した場合に二酸化炭素の注入を停止する工程をさらに含む、実施形態１０の酸化第二銅堆積物溶解方法。
【００４９】
１２．  冷却液の流れに由来する酸化第二銅（ＣｕＯ）堆積物を有するストレーナと、前記冷却液中に注入するため固定子水冷システムに連結された二酸化炭素供給源と、前記供給源と前記ストレーナとの間に連結された制御弁と、前記制御弁を操作して前記冷却液中での酸化第二銅の溶解度を不飽和まで増加させる制御器とを含む固定子水冷システム（ＳＷＣＳ）。
【００５０】
１３．  前記二酸化炭素供給源が未処理空気供給源である、実施形態１２のＳＷＣＳ。
【００５１】
１４．ＣＯ2を有する未処理空気を冷却水に吹き込む固定子漏れ監視センサをさらに含む、実施形態１２のＳＷＣＳ。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却配管中のストレーナの位置を示す、固定子水冷システム（ＳＷＣＳ）の略図である。
【図２】金網上の結晶堆積物を示すために倍率を増大させながらＳＷＣＳストレーナの金網を示した一連のクローズアップ写真である。
【図３】ＳＷＣＳストレーナの金網上での微視的な結晶成長を示す２枚の高解像度写真である。
【図４】ＣｕＯの溶解度を酸素添加溶液（例えば、水）のｐＨレベルに対して示すグラフである。
【図５】Ｃｕ++及びＣＯ2 の関数としての過飽和度の多変量回帰分析を示す図表である。
【図６】溶液中のＣｕ++及びＣＯ2 の関数としてのＣｕＯ過飽和度（腐食係数）の輪郭グラフである。
【図７】Ｃｕ++及びＣＯ2 の関数としての腐食係数の回帰分析を示す図表である。
【図８】Ｃｕ++及びＣＯ2 の関数としての腐食係数の輪郭グラフである。
【図９】Ｃｕ++及びＣＯ2 の関数としてのＣｕＯ過飽和度のＹハット輪郭グラフである。
【図１０】ストレーナ圧力降下及び固定子水冷流量を時間の関数として示す概略グラフである。
【図１１】Ｃｕ++及びＣＯ2 の関数としての腐食係数の分析的決定を示すＹハット輪郭グラフである。
【符号の説明】
１０  固定子巻線冷却システム又は固定子水冷システム（ＳＷＣＳ）
１２  冷却通路
１４  発電機
１８  ストレーナ
２６  流量制御弁
２８  冷却液流量計
３４  冷却液貯留タンク
３５  固定子漏れ監視システム（ＳＬＭＳ）
３６  ＣＯ2 供給源
４０  フローバルブ
４２  圧力センサ
４４  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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