JP3000125B2 - 回転式熱交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
等に用いられる回転式熱交換装置、特にその熱交換円盤
の擦動面の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型のガスタービンエンジン等に用いら
れる回転式熱交換装置は、図２に示すように、エンジン
に流入する吸気等の低温ガス流５，６通路と排ガス等の
高温ガス流７，８通路との間に配設され、ローラー４に
よって支持されると共に回転駆動される熱交換円盤１を
有する。この熱交換円盤１は、図３に示すように、０．
１mm程度の厚みのセラミック薄板９からなり、格子状、
蜂の巣状あるいは波板の組立体状で細い多数の透孔を形
成し、高温ガスの通過によって加熱された部分が順次低
温ガス流中に導入され、低温ガスを加熱することによっ
て熱交換を行う。

【０００３】このような熱交換装置においては、被加熱
ガスの熱交換円盤への流入ガス５は高温排出ガス８より
高圧であるため、流入ガス５が排出ガス８中に漏れ出
す。また、ガス流７は高温であるため、シール等に変形
を与えやすく、高温ガス７中へ被加熱ガス流６が漏れ出
しやすい。これらのガス漏れは熱交換装置を利用したエ
ンジン性能における損失となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このガス漏れを防止す
るため、従来、金属板などからなるシール３を熱交換円
盤１の擦動面２に押しつけていた。しかし、シールの押
し付け力を大きくすると、漏れは小さくなるが、動力損
失が大きくなり、また、擦動面２を構成するセラミック
が機械的摩擦等により破損する（チッピングという）恐
れがあった。特に、回転部分が多いガスタービンにとっ
ては、チッピングは運転上重大事故につながる恐れがあ
る。本発明は、シールの押し付け力を強くしても、動力
損失、チッピングの生じない回転式熱交換装置を得よう
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、熱交換円盤の擦動面にシールを押しつけてガス漏
れを防止している回転式熱交換装置において、図１に示
すように、前記熱交換円盤がセラミック薄板９で多数の
透孔を有するように構成され、該セラミック薄板９の前
記シール３との擦動面２となる部分に、金属材料で分子
的に金属組織を形成してなる被覆層１０を形成したこと
を特徴とする技術的手段を採用することにより達成した
ものである。これにより、熱交換円盤１のセラミック薄
板９の端面はシール３と直接接触せず、上記金属組織の
被覆層１０で保護されるので、セラミック９は通常の材
質であり、脆さをもつものであってもチッピングを生じ
る恐れがない。また、シール３との接触面が高強度でセ
ラミックより組織が緻密であり、その表面を平滑にでき
るので、摩擦を小さくすることができる。さらに、チッ
ピングを生じる恐れがないので、シール３の押し付け力
を大きくすることができ、ガス通路と熱交換円盤との間
のガス漏れを小さくすることができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。小型ガスター
ビン用の回転式熱交換装置において、熱交換円盤１は従
来技術と同様、耐熱性に優れたアルミニウム、マグネシ
ウム、シリコン、リチウム等の酸化物からなるセラミッ
ク薄板９を格子状、蜂の巣状あるいは波板の組立体状
等、多数の透孔を有するように組立て、構成される。こ
の熱交換円盤２シール３との擦動面２は金属材料で分子
的に金属組織を形成してなる被覆層１０で被覆される。

【０００７】この被覆層１０は、減圧室中で材料分子を
飛散・付着させるスパッタリング法、高温溶融金属を熔
射する方法によって、熱交換円盤の端面付近に金属材料
で分子的に金属組織を形成させることにより形成するこ
とができる。必要があれば、擦動面２はその後、平滑な
面に加工し、シール３との摩擦を最小にすることができ
る。

【０００８】シール３は保持金属材料の上に、Ｃｕ、Ｎ
ａＦ、ＬｉＦ、ＢａＴｉＯ_３あるいはＣａＦ_２などをコ
ーティングしたものが使用されるので、摩擦を小さくす
るためには、被覆の金属材料として例えばＨＡ２１４、
ＩＮＫ７５０などのＮｉＣｒ系合金、耐摩耗被覆材とし
て知られるＣｒ_２Ｏ_３、あるいは緻密で平滑な面を作れ
るＳｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣなどが高温条件で使用することが
できる。

【０００９】

【発明の効果】本発明の回転式熱交換装置は、上記の構
成により、擦動面でのチッピング発生の恐れがないの
で、シール押し付け力を大きくし、ガス通路とのガス漏
れを低減してガスタービンエンジン等の高性能化が図れ
る。また、自動車等、加速度の加わる使用において、熱
交換円盤の耐衝撃性が高まる。さらに、被覆を構成する
金属を選定することにより、摩擦や摩耗特性を向上さ
せ、ガスタービン等の高性能化と長寿命化が図れるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転式熱交換装置における熱交換円盤
の擦動面の構造の１実施例を示す概念図である。

【図２】従来の回転式熱交換装置の構成を示す概念図で
ある。

【図３】従来の熱交換円盤の構造を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 熱交換円盤 ２ 擦動面
３ シール ４ ローラー ５、６ 低温ガス流
７、８ 高温ガス流 ９ セラミック薄板 １０ 被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 19/04 B

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換円盤の擦動面にシールを押しつけて
   ガス漏れを防止している回転式熱交換装置において、前
   記熱交換円盤がセラミック薄板で多数の透孔を有するよ
   うに構成され、該セラミック薄板の前記シールとの擦動
   面となる部分に、金属材料で分子的に金属組織を形成し
   てなる被覆層を形成したことを特徴とする回転式熱交換
   装置。