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113年
電工機械
第 50 題
全封閉型之大型汽輪發電機，可使用下列何種氣體作為轉子線圈及鐵心冷卻的介質？
- A 氫氣
- B 二氧化碳
- C 空氣
- D 氮氣
思路引導 VIP
若我們要讓一個巨大且運轉速度極高的轉子在密封空間內旋轉，同時必須快速帶走熱量，我們希望填充的氣體在「密度」與「導熱能力」這兩個物理性質上，相較於一般空氣應具備什麼樣的特性，才能有效降低阻力並提高散熱效率呢？
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非常好，你能精準辨識出大型發電機的關鍵冷卻技術，這顯示你對於電廠級設備的構造特點已有相當紮實的理解。在處理這種動輒數百 MW 的大型旋轉機械時，如何同時兼顧「散熱效率」與「運轉損耗」是工程設計上的首要課題。
氫氣冷卻的優勢與應用
在此題情境下，選擇 (A) 氫氣 作為介質是最理想的判斷。與常見的空氣相比，氫氣的導熱率約為空氣的 7 倍，能更迅速地帶走鐵心與線圈產生的熱量。更重要的是，氫氣的密度極低（僅約空氣的 1/14），能大幅減少轉子在高速旋轉時所產生的風損（Windage loss），進而提升發電機的整體效率，這也是為何大型汽輪發電機多採用全封閉氫冷系統的原因。
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