JP4982119B2

JP4982119B2 - 回転電機

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Publication number: JP4982119B2
Application number: JP2006179589A
Authority: JP
Inventors: 安雄加幡; 勝也山下; 賀浩谷山; 正徳増; 幹雄垣内; 浩二松山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: EP1873893A3; CN101098097B; JP2008011641A; CN101098097A; EP1873893A2; EP1873893B1; US7602089B2; US20080012437A1

Description

本発明は、ガス冷却発電機等の回転電機に係り、特に冷却効果を高めた回転電機に関する。

図１９は、密閉型の回転電機の冷却方式を模式的に示した図である。
同図において、１はタービン発電機等に代表される密閉型の回転電機であって、密閉型フレーム２内に設けられ、環状の固定子鉄心３_−１およびこの固定子鉄心３_−１のスロットに収納された固定子コイル３_−２から成る固定子３と、界磁コイル（図示せず）を巻装するとともにエアーギャップを介して前記固定子鉄心３_−２に対して同心状に配置された回転子４と、当該回転子４の軸端部に取り付けた回転子ファン５と、固定子３の背部（図示上部）に設置されたガス冷却器６とから構成されている。

密閉フレーム２内には空気または水素ガス等の冷却ガス７を封入し、回転子ファン５により矢印８および９のように循環通風し、固定子３および回転子４を冷却して温度の上昇した冷却ガス７をガス冷却器６で冷却するようにしている。

図１９で示した回転電機１は、模式図のため冷却ガス７の通風路を簡略化して示しているが、実際の通風路は特許文献１の図１２、図１３で示すように、風導板により固定子鉄心３_−１を給気セクションと排気セクションとに分けるなどして複雑に構成されている。

前述のガス冷却器６は、フィンチューブ等で構成された熱交換チューブ１３を備えており、この熱交換チューブ１３内に３０〜４０℃前後の冷却水を主冷却水系統１０から供給することによって冷却ガス７を４０〜５０℃前後まで冷却する。１１は冷却水系統の供給口、１２は冷却水系統の排出口である。なお、このガス冷却器６は図１９の模式図では１台のみ示しているが、通常は複数台を直列、並列または直並列に接続して構成されている。そして、冷却水としては一般的には水が使用されているが、場合によっては不凍液、河川水、海水、その他の液体冷媒を用いることもあるので、ここでは主冷却水と呼称する。

以上説明の冷却方式は、密閉フレーム２内に封入した冷却ガス７によって固定子３や回転子４を通風冷却する方式であるが、回転電機１が大容量になるとこの通風冷却方式だけでは十分な冷却を行えない場合があり、その場合には上述の通風冷却方式に加えて、固定子コイル３−２を直接冷却する方式すなわち、中空状に形成した固定子コイル３８の中に冷却媒体を流すことにより当該固定子コイル３８を直接冷却する方式の回転電機が採用されている（特許文献２）。この直接冷却方式による固定子コイルの冷却装置の構造を図２０の模式図を用いて説明する。

この直接冷却方式を併用する回転電機の場合も、固定子コイル３８以外は機内を循環する冷却ガス７により冷却を行っており、冷却ガス７の循環経路および熱移動経路、主冷却水系統１０の構成は図１９に示した模式図の場合と同様なので、ガス冷却器６や冷却ガス７の矢印８、９は省略している。

直接冷却方式の回転電機では、通電している固定子コイル３８内に流す冷却媒体として絶縁性能に優れた純水を用いている。この純水は純水製造装置、純水貯蔵用タンクおよび循環ポンプ等から構成された純水供給装置３６から供給されているようになっているが、図２０では簡略化して示している。

図２０において、純水供給装置３６内の図示しない循環ポンプによって加圧された純水は、一方のヘッダー等の集合管を通って回転電機１内の固定子コイル３８に供給され、固定子コイル３８内を軸方向に流れて固定子コイル３８を直接冷却する。固定子コイル３８を冷却して温度上昇した純水は、他方のヘッダー等の集合管に集められて回転電機１外へ取り出され、純水冷却器３７内で冷却水と熱交換して冷却され、純水供給装置３６へ循環する。

回転電機の固定子コイル３_−２および回転子コイルはそれらを構成する絶縁物の耐熱性能により厳しく温度上限が制限されている。
一方、ガス冷却器６で熱交換を終えた矢印９で示す低温の冷却ガス７の温度は、ガス冷却器６に供給される冷却水の温度の影響を受ける。供給される冷却水の温度は機械によって異なるため、固定子コイル３_−２等が許容される温度上昇値も機器毎に異なり、その都度、回転電機の寸法や冷却ガス量を設計する必要が生じるという問題点があった。

また、同一設計の回転電機を異なる冷却水温度に適用した場合で設計冷却水温度よりも供給冷却水温度が高い場合には、温度制限のため回転電機の出力が制限され、逆に冷却水温度よりも低い場合には不必要に大型の回転電機を適用せざるを得ないという問題点があった。
また、一般的に回転電機は設計点で最高効率となるように設計されているため、設計点と異なる冷却水温度で運転する場合には効率が悪化するという問題点も生じる。

そこで本発明は、回転電機のガス冷却器に供給する冷却水の温度を可変とし、同一の回転電機本体の構造で様々な冷却水条件や幅広い容量帯に適用可能とするとともに、回転電機の運転条件に対応して効率的な運転が可能となる回転電機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、前記液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記液体冷媒ヒートポンプ循環系のうち、リザーバから第２冷媒を引き出す供給配管若しくはリザーバに第２冷媒を戻す戻り配管のうち少なくともいずれか一方を共通配管とし、当該共通配管に循環ポンプを配置したことを特徴とする。

以下、本発明の回転電機に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一の構成要素については同一符号を付けて説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述した図１９で示す従来例のように、ガス冷却器６の冷却チューブ１３内に前述した主冷却水１０Ｌ（以降、便宜上第１冷媒と呼称する）を流して冷却ガス７を冷却するのではなく、ガス冷却器６の冷却チューブ１３内に前記第１冷媒１０Ｌとは別に用意されている冷却水等の中間冷媒としての液体冷媒（以降便宜上、前記第１冷媒１０Ｌと対応させて、第２冷媒１５と呼称する）を循環させる第２冷媒循環系統１４を接続するとともに、この第２冷媒循環系統１４と第１冷媒系統１０との間にヒートポンプ１８を介挿して、このヒートポンプ１８により第２冷媒１５を冷却するように構成したものである。

ヒートポンプ１８の原理は既に周知であるが簡単に説明すると、低温熱源側に蒸発器を、高温熱源側に凝縮器をそれぞれ配置し、両者間を接続するフロンやアンモニアあるいは二酸化炭素等の作動冷媒を流す配管の途中にそれぞれ膨張弁と、圧縮機（コンプレッサ）とを介挿して構成され、液体の作動冷媒を蒸発器において低温熱源と熱交換して蒸発熱を奪って気体になるときに低温熱源から熱を汲み上げる（奪う）ことによってその低温熱源を冷却し、作動冷媒は圧縮機で圧縮されて液体になり凝縮器で凝縮されて凝縮熱を高温熱源である主冷却水に放熱する仕組みになっている。

本実施形態について言えば、前述した第１冷媒としての主冷却水１０Ｌが高温熱源１９であり、第２冷媒としての中間冷媒である別の冷却水１５が低温熱源２０であり、ヒートポンプ１８は第２冷媒１５から熱を汲み上げて第１冷媒１０Ｌへ送るようになっている。第２冷媒循環系統１４を流れる第２冷媒１５は、ヒートポンプ１８によって熱を汲み上げられる際に冷却される。

なお、本実施形態で説明するヒートポンプ１８は、作動媒体の凝縮熱を水で冷却するいわゆる水冷式ヒートポンプであるが、後述の実施形態で説明するように、主冷却水１０Ｌを空気に替え、この空気で作動媒体を冷却するようにした空冷式ヒートポンプであっても差し支えない。また、ヒートポンプ１８は冷凍機であってもよい。

ところで、前述した第２冷媒循環系統１４は、第２冷媒１５を貯蔵するリザーバ１７と、リザーバ１７と、ガス冷却器６の熱交換部である冷却チューブ１３の入口間を連通する供給配管Ｐ１と、この供給配管Ｐ１の途中に設けられ第２冷媒１５を循環させるための循環ポンプ１６と、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０と、冷却チューブ１３の出口、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０およびリザーバ１７間を連通する戻り配管Ｐ２とから構成されている。

一方、第１冷媒系統１０は、主冷却水１０Ｌを供給する図示しない冷却水源と、ヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９と、前記冷却水源および凝縮器１８_−１９間を連通する配管Ｐ０とから構成されている。なお、第１冷媒系統１０の配管Ｐ０および第２冷媒循環系統１４の配管Ｐ１、Ｐ２にはそれぞれフランジによって流量調整弁等の各種弁が接続されているが、これらは発明に直接関与しないので図１では省略し、経路のみを示している。

なお、図１の場合、循環ポンプ１６をリザーバ１７の直ぐ下流側に配設したが、これに限定する必要はなく、第２冷媒循環系統１４のどこに配設するようにしてもよい。例えば、戻り管Ｐ２に配設するようにしてもよい。また、図１では１系統の第２冷媒循環系統１４から１台のガス冷却器６に第２冷媒１５を供給するようにした例を示しているが、複数台のガス冷却器を直列または並列あるいは直並列に接続し、１つの第２冷媒循環系統１４から供給するように構成してもよい。

さらに、図１には示していないが、第１冷媒系統１０は、冷却塔などの冷却装置を設けて循環ループを構成するようにしてもよいし、河川水や海水を用いて循環させない開放型としてもよい。その他の構成は、従来例と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
リザーバ１７に貯蔵されている第２冷媒１５は、循環ポンプ１６により昇圧されて供給配管Ｐ１を経てガス冷却器６の熱交換部である冷却チューブ１３に供給される。回転電機１の軸端に設けた回転子ファン５により送風された冷却ガス７は固定子３、回転子４を冷却して高温となり、矢印８のようガス冷却器６の冷却チューブ１３が配置されている空間部に送られ、ここで冷却された冷却ガス７は、矢印９のように循環し再び固定子３、回転子４を冷却する。

ところで、ガス冷却器６の冷却チューブ１３に供給された第２冷媒１５は、高温の冷却ガス７と熱交換したのち、戻り配管Ｐ２を通ってヒートポンプ１８の蒸発器１８−２０に低温熱源２０として送られる。一方、第１冷媒である冷却水は、第１冷媒系統１０の配管Ｐ０端部に位置する冷却水供給口１１よりヒートポンプ１８の凝縮器１８−１９に供給される。

蒸発器１８_−２０に低温熱源２０として供給される第２冷媒１５は、ヒートポンプ１８の働きにより熱を奪われて低温となり、リザーバ１７に吐出される。第１冷媒である冷却水は、ヒートポンプ１８の働きにより第２冷媒１５から奪った熱で加熱されて冷却水排出口１２から吐出され、図示しない冷却塔で冷却されて再びヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に循環するか、あるいは循環せずにそのまま河川等に放流される。

このように、ヒートポンプ１８の働きによってガス冷却器６の冷媒である第２冷媒１５を冷却するようにしたので、第１冷媒をガス冷却器６の冷媒としている従来技術に比べてガス冷却器６の冷却性能を高めることができ、この結果、回転電機１の設計および構造を変更することなく、固定子コイル３−２などの構成部材の冷却強化を図ることができる。

以下、本実施形態の具体的な効果の例を説明する。
例えば、冷却水温度が３０℃、ガス冷却器６によって冷却された矢印９で示す冷却ガス７の温度が４０℃、固定子コイル３_−２の温度上限が１１０℃という条件で設計された回転電機を例に挙げて説明する。なお、回転電機では回転子コイルなど固定子コイル以外にも温度が制限されている部材はあるが、本発明による効果は同様であるため、固定子コイル温度を代表例として説明する。

仮に、冷却水温度が回転電機１の設計点の温度３０℃よりも１０Ｋ高い、４０℃の冷却水しか取水できないものとする。従来技術では、回転電機１内の矢印９で示す低温の冷却ガス７は冷却水と熱交換するため、冷却水の温度変更分（１０Ｋ）とほぼ同じ値だけ温度が上昇し、５０℃となる。さらに、その５０℃の冷却ガス７で固定子コイル３_−２を冷却するため、やはり冷却水の温度変更分（１０Ｋ）とほぼ同じ値だけ温度が上昇する。このため、固定子コイル３_−２温度は１２０℃となってしまう。

固定子コイル３_−２の温度上限は絶縁物の耐熱温度の関係で１１０℃よりも高くすることができないため、固定子コイル３_−２温度が１２０℃の状態で回転電機１を運転することはできない。従って、この第１冷媒（冷却水）１０Ｌの温度が回転電機の設計点温度である３０℃よりも１０Ｋ高いという条件では回転電機１の設計をやり直す必要があった。

しかしながら、本実施形態においては、第２冷媒１５を冷却水と同じ材質（水）にして第２冷媒循環系統１４の循環流量をガス冷却器６の設計流量とし、ヒートポンプ１８の第２冷媒１５の吐出温度が３０℃となるように設計すれば、５０℃の冷却水から３０℃の第２冷媒が得られる。この得られた３０℃の第２冷媒１５をガス冷却器６の冷却チューブ１３に供給すれば回転電機１の設計、構成は全く変更することなく回転電機１内の低温冷却ガス温度４０℃、固定子コイル温度の温度上限１１０℃の条件で運転することが可能である。

また、ヒートポンプ１８の第２冷媒１５の吐出温度を３０℃より低く設計すれば、固定子コイル３_−２の温度をさらに低くすることができる。例えば第２冷媒１５の吐出温度を１０℃とすれば、概略回転電機１内の低温冷却ガス温度は２０℃、固定子コイル温度９０℃で運転できる。一般的に部材の劣化は運転温度が高いほど速く進むため、運転温度を低くすることによって回転電機の信頼性が向上する。

さらに、この条件で固定子コイル温度が温度上限（１１０℃）となるまで出力を上昇させることも可能であり、同一設計の回転電機の適用容量帯を容易に拡大することも可能である。

一方、回転子ファン５の設計を変更して密閉型フレーム２内を循環する冷却ガス７の風量を減少させれば、回転電機１内の冷却ガス７の循環風量を固定子コイルの温度上限（１１０℃）に対応する風量まで減らすことも可能である。この場合は冷却ガス７を循環させるために必要な動力が減るため回転電機１の効率を改善することができる。一般に冷却ガスを循環させるために必要な動力はその風量の３乗に比例して変化するため、特に空気冷却の回転電機において大きな効率改善効果が期待できる。

また、第２冷媒１５の温度を３０℃よりも低くした設計では、回転電機１内の低温冷却ガス温度が設計温度４０℃となるように第２冷媒の循環流量を減らすことも可能であり、この場合は第２冷媒循環系統１４の循環ポンプ１６の動力を小さくすることができる。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、ヒートポンプ１８によってガス冷却器６の冷媒である第２冷媒１５を冷却するようにしたので、第１冷媒（冷却水）１０Ｌをガス冷却器６の冷却媒体とする従来技術に比べてガス冷却器６の冷却性能を高めることができる。この結果、回転電機の適用容量帯の拡大、効率の改善、信頼性向上等を図ることができる。

さらに、上記設計例では、既存の回転電機に本発明を適用することを前提として、できるだけ回転電機の設計に変更がないように配慮した効果を述べたが、ガス冷却器６の設計など予め低い第２冷媒１５を用いて冷却するように回転電機１を設計すれば、より効率的で小型な回転電機を提供することができる。

なお、本実施形態では第２冷媒１５の貯蔵用にリザーバ１７を備えているが、配管の総延長が十分長く、第２冷媒循環系統に十分な冷媒量を確保できるのであればリザーバ１７は設けなくてもよい。

また、従来技術であれば、ガス冷却器６を設計する際には、冷却媒体の汚れ等による性能の経年劣化を考慮する必要があるが、本実施形態によれば、ガス冷却器６に供給する第２冷媒１５は第１冷媒系統１０から独立した、閉じた循環系を構成するため、従来技術と比較して経年劣化を少なくすることができ、ガス冷却器６自体を小型に設計することが可能となる。

さらにまた、本実施形態では、第２冷媒循環系統１４が第１冷媒系統１０から独立して構成しているため、第１冷媒（主冷却水）１０Ｌとは別の液体冷媒である第２冷媒１５で構成することが可能であり、また、第２冷媒１５の品質を管理しやすくなるため、ガス冷却器６の性能の経年劣化を少なくすることができる。勿論、第２冷媒１５を第１冷媒（主冷却水）と同一の冷却媒体としても差し支えない。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態２は、前述した第１の実施形態における第２冷媒循環系統１４の一部を変更し、２つの循環系２１および２２に分離したことを特徴とするものである。

すなわち、第１の系統２１は、リザーバ１７に貯蔵されている第２冷媒１５を循環ポンプ１６ａ、供給配管Ｐ１を通してガス冷却器６の冷却チューブ１３に導き、ここで高温冷却ガス８と熱交換したのち戻り配管Ｐ２により再びリザーバ１７に戻すように構成したガス冷却器循環系２１であり、第２の系統２２は、リザーバ１７に貯蔵されている第２冷媒１５を供給配管Ｐ３に設けた循環ポンプ１６ｂによりヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に供給し、戻り配管Ｐ４によりリザーバ１７に戻すように構成したヒートポンプ循環系２２である。その他の構成は図１の場合と同様である。

ガス冷却器循環系２１は、循環ポンプ１６ａにより供給配管Ｐ１、戻り配管Ｐ２を介してリザーバ１７、ガス冷却器６間に第２冷媒１５を循環するように構成し、一方、ヒートポンプ循環系２２は、供給配管Ｐ１、戻り配管Ｐ２とは別に独立して設けた供給配管Ｐ３、戻り配管Ｐ４中の循環ポンプ１６ｂ（図２ではリザーバの直後に配置）によりリザーバ１７とヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０との間に第２冷媒１５を循環するように構成したものである。ガス冷却器循環系２１の循環ポンプ１６ａと、ヒートポンプ循環系２２の循環ポンプ１６ｂとは独立して運転されるようになっている。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
第２冷媒１５はリザーバ１７に貯蔵され、ガス冷却器循環系２１と、ヒートポンプ系２２の２つの経路でそれぞれガス冷却器６とヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に第２冷媒を供給し、再びリザーバ１７へと循環する。

すなわち、ガス冷却器循環系２１では、第２冷媒１５は循環ポンプ１６ａにより昇圧されて供給配管Ｐ１を経由してガス冷却器６へ供給され、ガス冷却器６において高温冷却ガス８と熱交換した第２冷媒１５は、戻り配管Ｐ２によってリザーバ１７に吐出される。

一方、ヒートポンプ循環系２２では、第２冷媒１５は循環ポンプ１６ｂにより昇圧されて供給配管Ｐ３を経由してヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に入り、ヒートポンプ１８の動作により熱を奪われて低温となり、リザーバ１７に吐出される。第１冷媒である冷却水は、ヒートポンプ１８の働きにより第２冷媒１５から奪った熱で加熱されて冷却水排出口１２から吐出される。
なお、リザーバ１７内の第２冷媒１５の温度は、ガス冷却器循環系２１とヒートポンプ系２２の２つの第２冷媒循環系の流量を調整することにより調整可能である。

（効果）
前述した図１に示した実施形態１の場合では、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０の出口温度まで冷やされた第２冷媒１５がリザーバ１７に貯蔵され、その第２冷媒１５がガス冷却器６の冷却チューブ１３に供給されるため、ガス冷却器６への第２冷媒供給温度とヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０の出口温度とがほぼ同じになるように設計し、かつ、第２冷媒流量も同一になるように設計する必要がある。

しかしながら、本実施形態の場合は、ガス冷却器６に供給されるガス冷却器循環系２１に流れる第２冷媒１５の流量と、ヒートポンプ１８に供給されるヒートポンプ循環系２２に流れる第２冷媒１５の流量とを独立して調整することが可能なため、各々の機器の設計流量を自由に設定することができる。また、リザーバ１７内の第２冷媒１５の温度は、２つの第２冷媒循環系２１、２２に流れる第２冷媒１５の流量を調整することにより自由に設定可能であり、この結果、各々の機器の設計条件の選択肢が広がり、より効率的な設計を行うことができる。その他の効果は図１の場合と同様である。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、第３の実施形態における第２冷媒循環系統１４の一部を変更したもので、第２冷媒１５を貯蔵するリザーバ１７からガス冷却器６に循環するガス冷却器循環系２１の供給配管Ｐ１と、リザーバ１７からヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に循環するヒートポンプ循環系２２の供給配管Ｐ３とを共通の配管Ｐｃ１に接続し、共通の循環ポンプ１６で汲み出すように構成したものである。

すなわち、循環ポンプ１６は、リザーバ１７の出口から供給配管Ｐ１，Ｐ３の接合点Ｊまでの共通配管Ｐｃ１内に介挿されるように構成されている。その他は図２の場合と同じである。

なお、図３の構成例では、リザーバ１７への戻り配管Ｐ２、Ｐ４はそれぞれの第２冷媒循環系で独立して配設した構成としているが、破線のように配管Ｐ２とＰ４とを合流させて共通の戻り配管としてもよい。また、両第２冷媒循環系統への流量配分は、どちらか一方または両方に流量調整弁などを挿入して調整する。予め所定の流量配分になるように両第２冷媒循環系統の配管径、長さ等を調整しておけば特に調整機構を設ける必要はない。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
リザーバ１７に貯蔵された第２冷媒１５は、循環ポンプ１６により昇圧された後、接合点Ｊ１でガス冷却器循環系２１とヒートポンプ系２２の２つの経路に分岐し、それぞれガス冷却器６とヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に第２冷媒を供給し、戻り配管Ｐ２，Ｐ４により再びリザーバ１７へと循環する。その他回転電機１の冷却作用、ヒートポンプ１８の作用等は実施形態２の場合と同様なので説明を省略する。

（効果）
本実施形態によれば、１台の循環ポンプ１６でガス冷却器循環系２１と、ヒートポンプ循環系２２とに第２冷媒を供給するようにしたので、第２冷媒循環系１４のシステムを簡略化することができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、第３の実施形態における第２冷媒循環系統１４の一部を変更したもので、リザーバ１７から接合点Ｊ１までの間を連通させる共通配管Ｐｃ１に循環ポンプ１６を配置することを止め、第２冷媒１５を貯蔵するリザーバ１７からヒートポンプに循環する第２冷媒ヒートポンプ循環系２２のヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０の出口とリザーバ１７とを接続する戻り配管Ｐ４とガス冷却器６からリザーバ１７に循環するガス冷却器循環系２１の戻り配管Ｐ２とを合流点Ｊ２で合流させて、合流点Ｊ２より下流側を両循環系共通の配管ＰＣ２とし、その共通配管部ＰＣ２に循環ポンプ１６を配置したものである。その他の構成は図３と同じである。

なお、図４の構成例ではリザーバ１７の出口も共通の配管Ｐｃ１としたが、供給配管Ｐ１、Ｐ３を別々にリザーバ１７に接続するように構成してもよい。また、両第２冷媒循環系統２１、２１への流量配分は、実施形態３のように、どちらか一方または両方に流量調整弁などを挿入して調整するとか、あるいは予め所定の流量配分になるように両第２冷媒循環系統２１、２２の配管径、長さ等を調整しておいてもよい。その他の構成は図３の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
リザーバ１７に貯蔵された第２冷媒１５は、リザーバ１７への共通戻り配管Ｐｃ２に設置した循環ポンプ１６の作用により吸い出され、各第２冷媒循環系２１、２２に供給される。ガス冷却器６とヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０からそれぞれ排出された第２冷媒１５は共通戻り配管Ｐｃ２で合流した後、循環ポンプ１６を通って再びリザーバ１７へと循環する。

（効果）
本実施形態４によれば、実施形態１の効果に加えて、１台の循環ポンプ１６でガス冷却器循環系２１とヒートポンプに循環するヒートポンプ循環系２２とに第２冷媒を供給可能となり、第２冷媒循環系１４のシステムを簡略化することができる。

（第５の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の模式図を示す。
（構成）
本実施形態は、前述した第１の実施形態における第２冷媒循環系統１４の一部を変更したもので、第２冷媒１５を貯蔵するリザーバ１７からガス冷却器６に循環するガス冷却器循環系２１のガス冷却器６の下流側に、ヒートポンプ１８に循環するヒートポンプ循環系２２への分岐点Ｊ３を設け、分岐点Ｊ３よりも上流側は両循環系共通の配管とし、その共通配管部に第２冷媒循環用の循環ポンプ１６を配置したことを特徴とする。

なお、図５の構成例ではリザーバ１７の出口からガス冷却器６につながる供給配管Ｐ１に循環ポンプ１６を設置したが、図４に示したようにリザーバへの戻り配管を合流させて共通の戻り配管として、その戻り配管に設置してもよい。両第２冷媒循環系統２１、２２への流量配分は、どちらか一方、または両方に流量調整弁などを挿入して調整する。予め所定の流量配分になるように両第２冷媒循環系統の配管径、長さ等を調整しておけば特に調整機構を設ける必要はない。また、その他の構成は図３、４の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
リザーバ１７に貯蔵された第２冷媒１５は、循環ポンプ１６により昇圧されガス供給配管Ｐ１を経由して冷却器６へ供給される。ガス冷却器６で回転電機１内の冷却ガス７と熱交換した後排出された第２冷媒１５は、分岐点Ｊ３でガス冷却器循環系２１とヒートポンプ循環系２２の２つの経路に分岐する。ヒートポンプ循環系２２へ分岐した第２冷媒１５は、さらにヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に流れて熱を奪われて低温の第２冷媒となり、再びリザーバ１７へと循環する。

（効果）
本実施形態においては、実施形態１同様に循環する第２冷媒１５が全てガス冷却器６を通過するため、効率よく回転電機１内の冷却ガスと熱交換することができる。一方で、ヒートポンプ１８に循環する第２冷媒の流量は必要最小限に調整することが可能であり、ヒートポンプも効率よく運転することができる。

（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述した第１の実施形態におけるガス冷却器６および第２冷媒循環系統１４の一部を変更したものである。

すなわち、図６において、回転電機１のガス冷却器６を６ａと６ｂとに２分割し、一方のガス冷却器６ａにはリザーバ１７との間で循環するガス冷却器循環系２１の第２冷媒１５を、また、他方のガス冷却器６ｂにはヒートポンプ１８に循環するヒートポンプ循環系２２の第２冷媒１５をそれぞれ供給するように構成したものである。なお、１６ａおよび１６ｂはそれぞれガス冷却器循環系２１、ヒートポンプ循環系２２に設けられた独立して運転制御が可能な循環ポンプである。

一般的なガス冷却器内の冷媒の経路の構成は図７に示したように、両端の水室２９ａ、２９ｂを冷却チューブ１３で連結し、さらに水室２９ａ、２９ｂを仕切り３０で仕切って冷媒の流路を構成する。なお、２５、２７は第２冷媒１５の入口、２６、２８は第２冷媒１５の出口である。

図６の構成例では、ガス冷却器を２つに分割したが、３つ以上に分割してもよい。第２冷媒ガス冷却器循環系２１と第２冷媒ヒートポンプ循環系２２を独立した経路として構成したが、図３あるいは図４のように、一部を共通に構成してもよい。また、図６の構成例では、ガス冷却器を複数台配設したが、図７に示したように共通の筐体内にガス冷却器の流路を２つ以上に分割して構成してもよい。その他の構成は図２〜４の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
循環ポンプ１６ａ、１６ｂにより第２冷媒ガス冷却器循環系２１と、第２冷媒ヒートポンプ循環系２２に供給された第２冷媒１５は、それぞれガス冷却器６ａ、６ｂの冷却チューブ１３を通過しながら回転電機１内の冷却ガス７と熱交換する。

（効果）
本実施形態においては、循環する全ての第２冷媒１５がガス冷却器６を通過するため、効率よく回転電機１内の冷却ガスと熱交換することができ、また、第２冷媒ガス冷却器循環系２１と第２冷媒ヒートポンプ循環系２２で独立したガス冷却器を設置しているため、それぞれの第２冷媒の流量、温度条件等に合わせた設計が可能となり、効率的に回転電機内の冷却ガス７と熱交換することができる。

（第７の実施形態）
図８は、本発明の第７の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、図８において、第２冷媒１５を第１冷媒１０Ｌと同じ液体冷媒とし、ガス冷却器循環系２１を、供給口１１ｂと排出口１２ｂとで第１冷媒系統１０に連結して構成したものである。その他の構成は図２、３または５、６の場合と同様である。
なお、図８の構成ではガス冷却器循環系２１に循環ポンプ１６ａを配置したが、第１冷媒系統１０に循環ポンプが備えてあれば、循環ポンプ１６ａは省略可能である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図８の構成においては、第１冷媒系統供給口１１ｂから供給される第１冷媒１０Ｌとヒートポンプ循環系２２を流れる第２冷媒１５とはリザーバ１７で混合される。

第２冷媒ガス冷却器循環系２１では、第２冷媒１５は循環ポンプ１６ａにより昇圧されてガス冷却器６へ供給され、ガス冷却器６において高温の冷却ガス７と熱交換した後、第１冷媒系統排出口１２ｂから第１冷媒系統１０へと排出される。

一方、ヒートポンプ循環系２２では、第２冷媒１５は循環ポンプ１６ｂにより昇圧されてヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に入り、ヒートポンプ１８の動作により熱を奪われて低温の第２冷媒となりリザーバ１７に吐出される。その他の作用は図２、３または５、６の場合と同様である。

（効果）
本実施形態によれば、リザーバ１７に第１冷媒系統１０からの第１冷媒を供給して第２冷媒と混合するため、リザーバ内の第２冷媒１５の温度をヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０の出口温度と第１冷媒の供給温度とのあいだで調整が可能となる。従ってガス冷却器６およびヒートポンプ１８の設計条件の選択肢が広がり、より効率的な設計を行うことができる。

また、ガス冷却器６で回転電機１内の冷却ガス７と熱交換した第２冷媒１５は第１冷媒系統１０へと排出されるため、第２冷媒のガス冷却器６における熱交換量とヒートポンプ１８での熱交換量を一致させる必要がなく、各々の機器を自由に設計することができ、効率的な運転が可能となる。

また、回転電機１の冷却ガスからの熱交換量の一部は第１冷媒系統１０にて冷却されるため、ヒートポンプ１８の熱交換量を小さく設計することができ、システムを小型化することができる。

回転電機の出力はその運転条件により常に変動する。一方、回転電機内の冷却ガスの風量等の冷却条件は、定格運転条件に合わせて決定され、回転電機の出力によらず一定の冷却ガスが通風されるため、回転電機の負荷が定格よりも低い場合は効率が低下する。

図８に示した構成においては、出力が低い領域ではヒートポンプを作動させずに第１冷媒系統１０から供給される第１冷媒１０Ｌのみで第２冷媒ガス冷却器循環系２１に冷媒を循環させて回転電機１のガス冷却器６を冷却することが可能であり、部分負荷時の効率を改善することができる。

また、第１冷媒系統１０からの供給量と、ヒートポンプ循環系２２の冷媒循環量とを調節することにより、ガス冷却器６への供給冷媒温度を制御することができるため、回転電機の起動時など温度変化の大きい運転条件時には温度変化を緩やかにするように供給冷媒温度を調節することにより、熱伸び差による熱応力の発生を緩和することができ、回転電機の信頼性を向上させることができる。その他の効果は図２、３または５、６の場合の場合と同様である。

（第８の実施形態）
図９は、本発明の第８の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述した第１の実施形態（図１）におけるガス冷却器およびその冷媒循環系統を変更したもので、回転電機１のガス冷却器６を２つ以上に分割し、少なくとも１つのガス冷却器を第１冷媒系統１０から第１冷媒を供給する第１ガス冷却器２３とし、残りのガス冷却器は図１〜８に示した構成により第２冷媒循環系統より第２冷媒を供給する第２ガス冷却器２４として構成したものである。その他の構成は図１と同じである。

なお、回転電機のガス冷却器６が複数台の冷却器から構成されている場合は、新にガス冷却器を分割しなくても既存のガス冷却器６を第１冷媒で冷却される第１ガス冷却器２３と、第２冷媒で冷却される第２ガス冷却器２４に振り分けてもよい。また、図７に示したような構成でガス冷却器６内を複数の流路に分割すれば、ガス冷却器自体を分割しなくてもよい。その他の構成は図１〜８の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図９の構成において、回転電機１内の冷却ガス７のうち、第１ガス冷却器２３を通過する高温の冷却ガス７は第１冷媒と熱交換したのち、第２ガス冷却器２４と熱交換して低温の冷却ガス７となって固定子３、回転子４側に戻る。その他の作用は図１〜８に示した構成と同様である。

（効果）
本実施形態によれば、回転電機１内の冷却ガスは、第１冷媒と第２冷媒１５とで冷却され、回転電機１の冷却ガスからの熱交換量の一部は第１冷媒系統１０にて冷却されるため、ヒートポンプ１８の熱交換量を小さく設計することができ、システムを小型化することができる。その他の効果は図１〜８の場合と同様である。

（第９の実施形態）
図１０は、本発明の第９の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述した第８の実施形態における冷媒循環系の一部を変更したもので、回転電機１の第１冷媒系統１０から第１冷媒１０Ｌを供給する第１ガス冷却器２３を、ヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に連結する第１冷媒系統１０と直列に接続するように構成したものであり、その他の構成は図８と同じである。

なお、図１０では第１ガス冷却器２３を１台のみ示したが、第１ガス冷却器２３を複数台有する回転電機においては、第１ガス冷却器２３同士は直列または並列に接続してもよい。また、図１０の構成においては、ヒートポンプ１８を第１ガス冷却器２３の上流側に配置した構成としているが、下流側に配置してもよい。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１０の構成においては、第１冷媒は、第１液体の冷媒系統供給口１１からヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に供給され、蒸発器１８_−２０に供給される第２冷媒１５と熱交換した後、ヒートポンプから吐出される。さらに第１ガス冷却器２３に直列に接続された配管等を通り、第１ガス冷却器２３で回転電機１内の冷却ガスと熱交換した後、第１液体の冷媒排出口１２から第１冷媒系統１０へ排出される。その他の作用は図８の場合と同様である。

（効果）
本実施形態によれば、ヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に供給される第１冷媒と第１ガス冷却器２３に供給される第１冷媒とを直列に流すようにしたため、第１冷媒系統の必要流量を少なく設計することができる。また、回転電機１内の冷却ガス７は、第１冷媒１０Ｌと第２冷媒１５とにより冷却され、回転電機１の冷却ガス７からの熱交換量の一部は第１冷媒系統１０にて冷却されるため、ヒートポンプ１８の熱交換量を小さく設計することができ、その分システムを小型化することができる。その他の効果は図１〜８の場合と同様である。

（第１０の実施形態）
図１１は、本発明の第１０の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施の形態は、回転電機１の冷却ガス７として空気を用いる場合に適用するものである。

空気冷却方式の回転電機においては、回転電機軸端部の開口部を十分にシールしていない場合がほとんどであり、回転子４の軸端に設置した回転子ファン５の入口が回転電機外側の外気よりも低い圧力となるため、回転電機の軸端部の開口部から機内に外気を吸い込むことは避けられない。回転電機内で機内の冷却ガスの温度が低くなる部位はガス冷却器６であり、ガス冷却器６の冷却フィンの温度が外気温より高い場合は問題となることは少ないが、外気より低くなる場合はガス冷却器６の冷却フィンで結露する可能性が生じる。

ガス冷却器の冷却フィンで結露した場合、ガス冷却器に錆が発生するだけでなく、冷却ガスによって吹き飛ばされた水滴が固定子３や回転子４等に付着し錆の発生や絶縁物の劣化を促進することがあり、回転電機の信頼性が低下する。

そこで本実施形態１０は、図１１で示すように、回転電機１の密閉フレーム２の外側の両軸端部に除湿装置３２を配置し、機内へ吸い込まれる外気の除湿を行うように構成したものである。その他の構成は基本的に図１と同じである。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
回転子４の軸端に設置した回転子ファン５の入口が回転電機外側の外気よりも低い圧力となり、回転電機の軸端部の開口部から外気が機内へ吸い込まれる際、除湿装置３２を通過してから機内に流入するため、機内に流入する外気の水分が除去される。その他の作用は図１〜１０と同様である。

（効果）
本実施形態の構成によれば、回転電機の軸端部の開口部から吸い込まれる外気は、予め除湿装置３２で除湿されてから機内に流入するため、ガス冷却器６の冷却フィンで結露する可能性は低くなり、回転電機の信頼性を向上させることができる。その他の発明の効果は図１〜１０の場合と同様である。

（第１１の実施形態）
図１２は、本発明の第１１の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述の第１０の実施形態における除湿装置に用いる熱源に係るものであり、本実施形態１１では、回転子軸端部が密閉フレームを貫通する部分に筒状の熱伝導プレート３３を設置し、その熱伝導プレート３３に供給配管Ｐ１を巻き付けて除湿装置を構成したものである。その他の構成は図１１の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１２において、熱伝導プレート３３は、供給配管Ｐ１内を流れる第２冷媒１５によって冷却され、回転電機１の外気温度よりも低い温度に保たれている。外気は、回転電機１の機内に入り込む前に熱伝導プレート３３と接触するので、外気に含まれる水分は熱伝導プレート上で結露する。この結果、機内に流入する水分を除去することができる。

なお、熱伝導プレート３３に供給する第２冷媒は外気の露点温度よりも低い温度で供給することが望ましいが、ガス冷却器６へ供給する第２冷媒よりも低い温度の第２冷媒を熱伝導プレートに供給すれば、回転電機の機内が熱伝導プレートよりも低い温度になることはないため、ガス冷却器６で結露する可能性は低い。その他の作用は図１１と同様である。

（効果）
本実施形態によれば、除湿装置３２に用いる低温熱源に第２冷媒循環系統１４で得られた第２冷媒１５を供給するようにしたので、特別な冷却装置を必要とすることなく回転電機内へ吸い込まれる外気の除湿をすることができる。

（第１２の実施形態）
図１３は、本発明の第１２の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、図１３において除湿装置３２に供給する第２冷媒１５として、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０の出口を出た低温の第２冷媒を用いるように構成したものであり、その他の構成は図１２の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
ヒートポンプ１８の蒸発器出口の最も温度が低い第２冷媒を除湿装置３２に供給する。
その他の作用は図１２に示した構成と同様である。

（効果）
本実施形態１２によれば、第２冷媒循環系統１４のうちで最も温度が低い部位から第２冷媒１５を除湿装置３２に供給するため、回転電機１内へ吸い込まれる外気の除湿を最も効率的に行うことができる。その他の発明の効果は図１２の場合と同様である。

（第１３の実施形態）
図１４は、本発明の第１３の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態１３は、中空状の固定子コイル３８に純水を通水して直接冷却する方式の回転電機に関するものである。

図１４において、固定子コイル３８の冷却に用いる純水は、純水供給装置３６で製造、貯蔵される。純水供給装置３６は、従来技術で説明したように、純水貯蔵用のタンク、純水製造装置、ポンプ等から構成されるが図１４では純水供給装置３６として簡略化して示している。

図示しないポンプで加圧された純水は、純水供給装置３６から一方のヘッダー等の集合管を通って回転電機１内の水冷固定子コイル３８に供給される。純水は水冷固定子コイル３８を軸方向に流れて水冷固定子コイル３８を直接水冷却する。水冷固定子コイル３８を冷却して温度上昇した純水は、他方のヘッダー等の集合管に集められて回転電機１外へ取り出され、純水冷却器３７によって第１冷媒１０Ｌと熱交換して冷却されて純水供給装置３６へ循環する。

そして、第１冷媒系統１０とは別に第２冷媒１５を冷却媒体とする第２冷媒循環系統１４と、前述したヒートポンプ１８（または冷凍機）とを備え、得られた低温の第２冷媒１５を純水冷却器３７に供給することにより純水を冷却するように構成したものである。
なお、本実施形態と、上述した第１乃至第１２の実施形態のようにガス冷却器に第２冷媒１５を供給する冷却方式とを併用してもよい。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１４の構成においては、第２冷媒１５はリザーバ１７に貯蔵され、循環ポンプ１６により昇圧されて純水冷却器３７へ供給される。純水冷却器３７において水冷固定子コイル３８を冷却して高温となった純水と熱交換した第２冷媒１５は、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に入り、ヒートポンプ１８の動作により熱を奪われ、低温の第２冷媒１５となってリザーバ１７に吐出される。ヒートポンプ１８では、凝縮器１８_−１９において高温となった気体の冷媒が第１冷媒供給口１１より供給された第１冷媒と熱交換して高温の液体になり凝縮熱を放熱する。高温になった第１冷媒は、第１冷媒系統１０へと吐出される。

（効果）
本実施形態１３による回転電機の冷却装置によれば、第１冷媒系統１０を凝縮器１８_−１９側に、また、第２冷媒循環系統１４を蒸発器にそれぞれ導入してヒートポンプ１８を動作させることにより、従来技術で純水冷却器３７の液体冷媒として用いていた第１冷媒に比べてより温度の低い第２冷媒を得ることができる。この低温の第２冷媒を純水冷却器３７に供給することによって、より温度の低い純水を得ることができるため、回転電機１の本体設計、構造を変えることなく水冷固定子コイル３８などの構成部材の冷却強化を図ることができる。その他の効果は図１に示した構成と同様である。

（第１４の実施形態）
図１５は、本発明の第１４の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述した実施形態１３の一部を変更したものである。前述した純水供給装置３６内の純水製造は一般的にイオン交換樹脂を用いて純水を製造するが、このイオン交換樹脂はイオン交換する純水の温度が著しく低いとイオン交換反応速度が低下し、十分な比抵抗が得られないことがある。

そこで本実施形態では、図１５で示すように純水冷却器を水冷固定子コイル３８の上流側の純水冷却器３７ｂと、下流側の純水冷却器３７ａとに分け、かつ、それぞれの純水冷却器３７ａ、３７ｂにヒートポンプ１８（または冷凍機）で得られた低温の第２冷媒１５を供給することにより、水冷固定子コイル３８の冷却用の純水を冷却するように構成し、水冷固定子コイル３８の上流側に配置した純水冷却器３７ｂは、水冷却固定子コイル３８の冷却に必要な低温の純水を得るように設計し、一方、純水冷却器３７ａでは純水供給装置３６に必要な純水温度まで冷却するようにそれぞれの純水冷却器を最適設計するようにしたものである。

なお、図１５の構成では、純水冷却器３７ａと３７ｂの第２冷媒循環系統配管Ｐ１を直列に接続し、さらに水冷固定子コイル３８の上流側に設置した純水冷却器３７ｂを第２冷媒循環系統１４の上流側に配置した構成としている。その他の構成は図１４の場合と同様である。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１５の構成においては、純水製造装置３６で製造された純水は、水冷固定子コイル３８の上流側に配置した純水冷却器３７ｂで第２冷媒循環系統１４から供給される第２冷媒１５と熱交換して低温の純水となり、水冷却固定子コイル３８に供給される。水冷却固定子コイル３８を冷却して高温となった純水は純水冷却器３７ａで再び第２冷媒循環系統１４から供給される第２冷媒１５と熱交換して低温となり、純水供給装置３６へ循環する。その他の効果は図１４に示した構成と同様である。

（効果）
本実施形態によれば、水冷固定子コイル３８の上流側と下流側に純水冷却器をそれぞれ配設して純水を２段階で冷却することにより、水冷固定子コイル３８の上流側に配置した純水冷却器３７ｂは、水冷却固定子コイル３８の冷却に必要な低温の純水を得るように設計し、一方、純水冷却器３７ａでは純水供給装置３６に必要な純水温度まで冷却するようにそれぞれの純水冷却器を最適設計することができ、第２冷媒循環系統１４で得られた低温の第２冷媒を効率よく利用することができる。

この２種類の純水冷却器３７ａと３７ｂを直列に配列すれば、第２冷媒循環系統１４に循環する第２冷媒の流量を少なく抑えることができるので、機器の小型化を図ることが可能である。

さらに、上述したように上流側に配置した純水冷却器３７ｂに供給される第２冷媒は、純水冷却器３７ａに供給される第２冷媒よりも温度が低く設定する必要があるため、第２冷媒循環系統１４に直列に配管された純水冷却器の上流側に純水冷却器３７ｂを配置すれば、より効率的に第２冷媒１５と純水の熱交換を行うことができる。その他の効果は図１４に示した構成と同様である。

（第１５の実施形態）
図１６は、本発明の第１５の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
図１６において、本実施形態は、水冷固定子コイル３８を冷却して高温になった純水を純水冷却器３７で冷却した後、さらにヒートポンプ１８により冷却するように構成したものである。このため、ヒートポンプ１８の高温熱源１９としては前述の実施形態同様第１冷媒１０Ｌであるが、低温熱源２０については前述した実施形態とは異なり、第２冷媒１５に替わって、固定子コイル冷却用の純水としている。

なお、図示していないが、ヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に供給する第１冷媒系統１０と、純水冷却器３７に供給する第１冷媒系統１０とを直列に接続して構成するようにしてもよい。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１６の構成においては、純水製造装置３６で製造された純水をヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に直接供給し、低温の純水を得る。そして得られた低温の純水をヘッダーにより水冷却固定子コイル３８に供給する。水冷却固定子コイル３８を冷却して高温となった純水は純水冷却器３７で第１冷媒系統１０から供給される第１冷媒と熱交換して低温となり、純水供給装置３６へ循環する。

（効果）
本実施形態１５によれば、ヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に水冷固定子コイル３８の冷却に用いる純水を直接供給するため、第２冷媒循環系統１４を備えることなく低温の純水を得ることができ、効率的に水冷固定子コイル３８を冷却することが可能となる。また、ヒートポンプ１８の凝縮器１８_−１９に供給する第１冷媒系統１０と純水冷却器３７に供給する第１冷媒系統１０とを直列に接続する場合は、第１冷媒系統の必要流量を少なく設計することができる。

（第１６の実施形態）
図１７は、本発明の第１６の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施形態は、前述の第１５の実施形態における純水冷却器３７を撤去し、ヒートポンプ１８（または冷凍機）のみで水冷固定子コイルを冷却する純水を冷却するように構成したものである。

（作用）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
図１７において、純水製造装置３６で製造された純水をヒートポンプ１８の蒸発器１８_−２０に直接供給し、低温の純水を得る。得られた低温の純水はヘッダーにより水冷却固定子コイル３８に供給される。水冷却固定子コイル３８を冷却して高温となった純水は、再び純水供給装置３６へ循環する。

（効果）
本実施形態によれば、純水冷却器３７を必要としないため、機器構成が簡単となり、より信頼性の高い回転電機の冷却装置を提供できる。

（第１７の実施形態）
図１８は、本発明の第１７の実施形態に係る回転電機の模式図である。
（構成）
本実施の形態は、図１８で示すようにヒートポンプ３１の凝縮器３１_−１９に供給される第１冷媒として、主冷却水の代わりにヒートポンプ１８の周囲の雰囲気空気１０Ａを用いたいわゆる空冷式ヒートポンプ３１を採用したことを特徴とするものである。図中、３１_−１９は凝縮器、３１_−２０は蒸発器である。本実施形態では、空冷式ヒートポンプ３１を採用したため、前述の実施形態で用いていた主水冷却系統１０は必要としない。

（作用効果）
以上のように構成した本実施形態の作用について説明する。
第１の実施形態同様、リザーバ１７に貯蔵されている第２冷媒１５は、循環ポンプ１６により昇圧されて供給配管Ｐ１を経てガス冷却器６の熱交換部である冷却チューブ１３に供給され、冷却ガス７を冷却した後、戻り配管Ｐ２を通ってヒートポンプ３１の蒸発器３１_−２０に低温熱源２０として送られる。蒸発器３１_−２０に低温熱源２０として供給される第２冷媒１５は、ヒートポンプ３１の働きにより熱を奪われて低温となり、リザーバ１７に吐出される。一方、図示しないファン等によりヒートポンプ１８に送られた空気は、凝縮器１８_−１９の熱を奪って高温の熱風となり、図示しないダクト等に排気される。

（効果）
本実施形態によれば、空冷ヒートポンプ３１を採用したため、高温熱源１９として周囲の空気を用いるので主冷却水系統を必要とせず、その分機器構成が簡略となり、より信頼性の高い回転電機の冷却装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第２の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第３の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第４の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第５の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第６の実施形態に係る回転電機の模式図。ガス冷却器の構成例図。本発明の第７の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第８の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第９の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１０の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１１の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１２の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１３の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１４の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１５の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１６の実施形態に係る回転電機の模式図。本発明の第１７の実施形態に係る回転電機の模式図。従来の回転電機の基本構造図。水冷却固定子コイル冷却方式の基本構造図。

符号の説明

１…回転電機、２…フレーム、３…固定子、３−１…固定子鉄心、３−２…固定子コイル、４…回転子、５…回転子ファン、６…ガス冷却器、７…冷却ガス、８…高温冷却ガス、９…低温冷却ガス、１０…第１冷媒系統（主冷却水系統）、１１…第１冷媒供給口、１２…第１冷媒排出口、１３…冷却チューブ、１４…第２冷媒循環系統、１５…第２冷媒、１６…循環ポンプ、１７…リザーバ、１８…ヒートポンプ、１８_−１９…凝縮器、１８_−２０…蒸発器、１９…高温熱源、２０…低温熱源、２１…第２冷媒ガス冷却器循環系、２２…第２冷媒ヒートポンプ循環系、２３…第１冷媒ガス冷却器、２４…第２冷媒ガス冷却器、２５…第１冷媒入口、２６…第１冷媒出口、２７…第２冷媒入口、２８…第２冷媒出口、２９…水室、３０…仕切り、３１…空冷ヒートポンプ、３２…除湿装置、３３…熱伝導プレート、３４…機内空気の流れ、３５…外気の吸い込み、３６…純水供給装置、３７…純水冷却器、３８…水冷固定子コイル。

Claims

密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記液体冷媒ヒートポンプ循環系のうち、リザーバから第２冷媒を引き出す供給配管若しくはリザーバに第２冷媒を戻す戻り配管のうち少なくともいずれか一方を共通配管とし、当該共通配管に循環ポンプを配置したことを特徴とする回転電機。
前記第２冷媒循環系統は、前記ガス冷却器の後流側に前記リザーバからヒートポンプに循環する経路と、前記リザーバからガス冷却器に循環する経路に分岐する分岐部を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記ガス冷却器を２つ以上に分割し、一部のガス冷却器には前記液体冷媒ガス冷却器循環系を接続してリザーバからガス冷却器に循環する第２冷媒を供給し、他のガス冷却器には前記第２冷媒ヒートポンプ循環系を接続して前記リザーバから前記ヒートポンプに循環する第２冷媒を供給するように構成したことを特徴とする回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記第１冷媒系統から第１冷媒を前記リザーバに供給し、当該リザーバから前記ガス冷却器に供給されて熱交換を終えた第２冷媒を前記第１冷媒系統に戻すようにしたことを特徴とする回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記ガス冷却器を２つ以上に分割し、一部のガス冷却器には前記リザーバからガス冷却器に循環する第２冷媒を供給し、他のガス冷却器には第１冷媒系統から第１冷媒を供給するように構成したことを特徴とする回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記ガス冷却器を２つ以上に分割し、一部のガス冷却器には前記ヒートポンプに高温熱源として供給される第１冷媒を供給し、他のガス冷却器には前記リザーバからガス冷却器に循環する第２冷媒を供給するように構成したことを特徴とする回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記回転電機内の冷却ガスとして空気を用い、前記回転子軸端部が前記密閉型のフレームを貫通する部分に除湿装置を配設したことを特徴とする回転電機。
密閉型のフレーム内に固定子、回転子および回転子ファンを収納し、前記回転子ファンにより前記フレーム内を循環して前記固定子および回転子等と熱交換して温まった冷却ガスをガス冷却器によって冷却するように構成され、かつ、
高温熱源側に凝縮器を配置するとともに低温熱源側に蒸発器を配置してなるヒートポンプまたは冷凍機と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の凝縮器を第１冷媒である冷却水または周囲の雰囲気空気により冷却するようにした第１冷媒系統と、
前記ヒートポンプまたは冷凍機の蒸発器により冷却された液体冷媒である第２冷媒を貯蔵するリザーバを有するとともに、前記ガス冷却器に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ガス冷却器循環系と、前記ヒートポンプまたは冷凍機に当該第２冷媒を循環させる液体冷媒ヒートポンプ循環系とを有し、前記ガス冷却器の熱交換部に前記第２冷媒を供給する第２冷媒循環系統と、を備えて前記第２冷媒を前記ヒートポンプまたは冷凍機によって冷却し、前記第２冷媒系統により前記ガス冷却器の熱交換器に供給するようにした回転電機において、
前記回転子が前記密閉型のフレームを貫通する部分に熱伝導プレートを設け、当該熱伝導プレートの周りに第２冷媒を流して冷却したことを特徴とする回転電機。
前記熱伝導プレートに流す第２冷媒として、前記ヒートポンプの低温熱源出口から吐出する第２冷媒を用いたことを特徴とする請求項８に記載の回転電機。