JP3303642B2 - 蓄熱式熱交換器、該熱交換器等に使用する耐熱摺動体 - Google Patents
蓄熱式熱交換器、該熱交換器等に使用する耐熱摺動体Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン等に
使用される蓄熱式熱交換器のベアリングや空気シール
部、高温に曝される摺動部や合せ部、又は熱交換器本体
として機能する回転コアのシール部に使用される耐熱摺
動体、その製造方法及び該耐熱摺動体を組込んだ蓄熱式
熱交換器に関する。
使用される蓄熱式熱交換器のベアリングや空気シール
部、高温に曝される摺動部や合せ部、又は熱交換器本体
として機能する回転コアのシール部に使用される耐熱摺
動体、その製造方法及び該耐熱摺動体を組込んだ蓄熱式
熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばガスタービンや各種熱回収プラン
ト等においては、装置の熱効率を向上せしめる手段の１
つとして蓄熱式熱交換器が用いられている。この蓄熱式
熱交換器は、高温ガスによって加熱された回転可能な固
体（コア）を熱交換体として利用するものであって固体
を一定時間高温ガス中にさらして熱を吸収させて蓄熱し
た後に回転させて蓄熱面を移動し、次の一定時間蓄熱面
を低温ガスに接触せしめて固体に蓄えられた熱を低温ガ
ス中に放熱させることにより熱エネルギーを回収するも
のである。
ト等においては、装置の熱効率を向上せしめる手段の１
つとして蓄熱式熱交換器が用いられている。この蓄熱式
熱交換器は、高温ガスによって加熱された回転可能な固
体（コア）を熱交換体として利用するものであって固体
を一定時間高温ガス中にさらして熱を吸収させて蓄熱し
た後に回転させて蓄熱面を移動し、次の一定時間蓄熱面
を低温ガスに接触せしめて固体に蓄えられた熱を低温ガ
ス中に放熱させることにより熱エネルギーを回収するも
のである。
【０００３】前記蓄熱式熱交換器には、その代表的なも
のとして、ヒーティングエレメント側が回転するユング
ストローム型とケーシング側が回転するローテミューレ
型とがある。図１に、前記ローテミューレ型蓄熱式熱交
換器の構造の概要を示す。
のとして、ヒーティングエレメント側が回転するユング
ストローム型とケーシング側が回転するローテミューレ
型とがある。図１に、前記ローテミューレ型蓄熱式熱交
換器の構造の概要を示す。
【０００４】図１において、１は多数の細孔がハニカム
状に形成されたドーナツ型のヒーティングエレメントで
あり、該ヒーティングエレメント１はハウジング１１に
固定されている。２はコンプレッサ（図示せず）からの
高圧低温空気が流過するＤ形断面形状の高圧低温空気ケ
ーシング、３は燃焼器（図示せず）への高圧高温空気が
流過するＤ形断面形状の高圧高温ケーシング、４はター
ビン（図示せず）からの低圧高温ガスが流過する低圧高
温ガス通路、８はコンプレッサ（図示せず）からの高圧
低温空気が流過する高圧低温空気通路である。
状に形成されたドーナツ型のヒーティングエレメントで
あり、該ヒーティングエレメント１はハウジング１１に
固定されている。２はコンプレッサ（図示せず）からの
高圧低温空気が流過するＤ形断面形状の高圧低温空気ケ
ーシング、３は燃焼器（図示せず）への高圧高温空気が
流過するＤ形断面形状の高圧高温ケーシング、４はター
ビン（図示せず）からの低圧高温ガスが流過する低圧高
温ガス通路、８はコンプレッサ（図示せず）からの高圧
低温空気が流過する高圧低温空気通路である。
【０００５】そして高圧高温ケーシング３を流過する高
圧高温空気と、低圧高温ガス通路４を流過する低圧高温
ガスとは、ヒーティングエレメント１と高圧高温ケーシ
ング３との間で高温シール（耐熱摺動体）５によりシー
ルされ、また前記エレメント１と高圧低温ケーシング２
との間は低温シール（耐熱摺動体）６によりシールされ
ている。前記高圧低温ケーシング２は、これの外周に固
着されたリングギヤ２ａを電動モータ１２に直結された
ピニオン１３に噛合せしめることにより回転駆動され
る。
圧高温空気と、低圧高温ガス通路４を流過する低圧高温
ガスとは、ヒーティングエレメント１と高圧高温ケーシ
ング３との間で高温シール（耐熱摺動体）５によりシー
ルされ、また前記エレメント１と高圧低温ケーシング２
との間は低温シール（耐熱摺動体）６によりシールされ
ている。前記高圧低温ケーシング２は、これの外周に固
着されたリングギヤ２ａを電動モータ１２に直結された
ピニオン１３に噛合せしめることにより回転駆動され
る。
【０００６】１４はトルク伝達シャフトであり、その一
端部（下端）が前記高圧低温ケーシング２の内周面に固
定され、他端部（上端）が高圧高温ケーシング３に固定
されている。これにより、高圧低温ケーシング２と高圧
高温ケーシング３とは前記トルク伝達シャフト１４を介
して同位相で回転せしめられる。更に前記トルク伝達シ
ャフト１４はヒーティングエレメント１の内周に形成さ
れた支持孔１ａ内を貫通せしめられ、上下のガイドベア
リング７を介してヒーティングエレメント１に支持され
ている。
端部（下端）が前記高圧低温ケーシング２の内周面に固
定され、他端部（上端）が高圧高温ケーシング３に固定
されている。これにより、高圧低温ケーシング２と高圧
高温ケーシング３とは前記トルク伝達シャフト１４を介
して同位相で回転せしめられる。更に前記トルク伝達シ
ャフト１４はヒーティングエレメント１の内周に形成さ
れた支持孔１ａ内を貫通せしめられ、上下のガイドベア
リング７を介してヒーティングエレメント１に支持され
ている。
【０００７】尚、１６は排気通路、１７は燃焼器（図示
せず）に接続される高温空気通路である。
せず）に接続される高温空気通路である。
【０００８】図２にヒーティングエレメント側が回転す
るユングストローム型蓄熱式熱交換器の概要を示す。図
において２１は多数のハニカム状細路が形成されたセラ
ミックス製ハニカム状エレメントを備えた円柱状の蓄熱
コアであり、該コア２１はこれの外周に固着されたリン
グギヤ２９を介して駆動源（ガスタービンのロータ軸
等）により回転軸Ｚ廻りに回転駆動せしめられる。
るユングストローム型蓄熱式熱交換器の概要を示す。図
において２１は多数のハニカム状細路が形成されたセラ
ミックス製ハニカム状エレメントを備えた円柱状の蓄熱
コアであり、該コア２１はこれの外周に固着されたリン
グギヤ２９を介して駆動源（ガスタービンのロータ軸
等）により回転軸Ｚ廻りに回転駆動せしめられる。
【０００９】２６は燃焼器（図示せず）への高圧低温の
空気が流通する高圧低温空気通路、２５はタービン（図
示せず）からの低圧高温のガスが流通する低圧高温ガス
通路であり、該高圧低温空気通路２６と低圧高温ガス通
路２５とはコア２１の上端面２１１ｂにおいてアウタシ
ール２３により、コア２１の下端面２１１ａにおいてイ
ンナシール２２により夫々シールされている。即ち前記
アウタシール２３の下面（摺動面）とコア２１の上端面
２１１ｂとが、インナシール２２の上面（摺動面）とコ
ア２１の下端面２１１ａとが夫々摺接されて両通路２
５，２６をシールされた状態でコア２１が回転せしめら
れる。
空気が流通する高圧低温空気通路、２５はタービン（図
示せず）からの低圧高温のガスが流通する低圧高温ガス
通路であり、該高圧低温空気通路２６と低圧高温ガス通
路２５とはコア２１の上端面２１１ｂにおいてアウタシ
ール２３により、コア２１の下端面２１１ａにおいてイ
ンナシール２２により夫々シールされている。即ち前記
アウタシール２３の下面（摺動面）とコア２１の上端面
２１１ｂとが、インナシール２２の上面（摺動面）とコ
ア２１の下端面２１１ａとが夫々摺接されて両通路２
５，２６をシールされた状態でコア２１が回転せしめら
れる。
【００１０】さて前記いずれの技術においても、高温シ
ール５、低温シール６、及びガイドベアリング７のブッ
シュ等の部位はいずれも１０００℃以上の高温に曝され
た中でエレメント１と摺接するので、高い耐熱性と耐摩
耗性を兼備した材料を用いることが要求されることか
ら、これに応える材料として、Ｎｉ（ニッケル）系耐熱
合金や希土類粒子分散強化耐熱金属の表面にＮｉＯ等の
酸化物を被覆したものが提供され、該被覆材料にて摺動
面を構成している。
ール５、低温シール６、及びガイドベアリング７のブッ
シュ等の部位はいずれも１０００℃以上の高温に曝され
た中でエレメント１と摺接するので、高い耐熱性と耐摩
耗性を兼備した材料を用いることが要求されることか
ら、これに応える材料として、Ｎｉ（ニッケル）系耐熱
合金や希土類粒子分散強化耐熱金属の表面にＮｉＯ等の
酸化物を被覆したものが提供され、該被覆材料にて摺動
面を構成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】さて前記前者の蓄熱式
熱交換器においては、高温シール５、低温シール６、等
のシール部材及びガイドベリング等の軸受部材は、前記
のように、１０００℃以上の高温雰囲気中で回転するケ
ーシング２、３またはシャフト１４に組み付けられ、ヒ
ーティングエレメント１の上下面１ｂ、１ｃと摺接する
ため、又後者の蓄熱式熱交換器においても、高圧低温空
気通路２６と低圧高温ガス通路２５とはコア２１の上端
面２１１ｂにおいてアウタシール２３により、コア２１
の下端面２１１ａにおいてインナシール２２により夫々
シールされているために、アウタシール２３及びインナ
シール２２の○印で示す高温のコア２１と摺接する部位
では、いずれも通常の耐熱摺動体に較べ格段に高い耐熱
性と耐摩耗性及び高温潤滑機能を併せ具えることが要求
される。
熱交換器においては、高温シール５、低温シール６、等
のシール部材及びガイドベリング等の軸受部材は、前記
のように、１０００℃以上の高温雰囲気中で回転するケ
ーシング２、３またはシャフト１４に組み付けられ、ヒ
ーティングエレメント１の上下面１ｂ、１ｃと摺接する
ため、又後者の蓄熱式熱交換器においても、高圧低温空
気通路２６と低圧高温ガス通路２５とはコア２１の上端
面２１１ｂにおいてアウタシール２３により、コア２１
の下端面２１１ａにおいてインナシール２２により夫々
シールされているために、アウタシール２３及びインナ
シール２２の○印で示す高温のコア２１と摺接する部位
では、いずれも通常の耐熱摺動体に較べ格段に高い耐熱
性と耐摩耗性及び高温潤滑機能を併せ具えることが要求
される。
【００１２】しかしながら、従来使用されているＺｒＯ
2 等の耐熱材料からなるシール部材は、高温潤滑性が充
分でないため、ヒーティングエレメント１の摺動表面が
摩滅せしめられ、熱交換性能の低下を招く。また、従来
使用されている固体潤滑剤埋め込み型軸受（オイルレス
＃５００）材料は３００℃以上で酸化することから、摺
動面の焼付きが発生し易く、これによりケーシング２、
３の駆動が不可能になる。等の問題点を抱えている。
2 等の耐熱材料からなるシール部材は、高温潤滑性が充
分でないため、ヒーティングエレメント１の摺動表面が
摩滅せしめられ、熱交換性能の低下を招く。また、従来
使用されている固体潤滑剤埋め込み型軸受（オイルレス
＃５００）材料は３００℃以上で酸化することから、摺
動面の焼付きが発生し易く、これによりケーシング２、
３の駆動が不可能になる。等の問題点を抱えている。
【００１３】本発明の目的は、かかる技術的課題に鑑
み、１０００℃以上の高温下でも又常温でも高い強度を
有するとともに、相対運動する運動部材との摺接面にお
いて高い潤滑性と耐摩耗性と相手部材（運動部材）との
良好ななじみ性を備えた耐熱摺動体を提供することであ
る。
み、１０００℃以上の高温下でも又常温でも高い強度を
有するとともに、相対運動する運動部材との摺接面にお
いて高い潤滑性と耐摩耗性と相手部材（運動部材）との
良好ななじみ性を備えた耐熱摺動体を提供することであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題、
特に常温下でも１０００℃程度の高温下でもいずれの温
度域でも固体潤滑機能を発揮することにより相手の運動
部材との間の摩擦係数を低下せしめることを主眼として
なされたものであって、次の特徴を具えている。
特に常温下でも１０００℃程度の高温下でもいずれの温
度域でも固体潤滑機能を発揮することにより相手の運動
部材との間の摩擦係数を低下せしめることを主眼として
なされたものであって、次の特徴を具えている。
【００１５】即ち、金属母材の表面に耐熱摺動被覆層が
形成された耐熱摺動体において、金属母材の表面に、Ｎ
ｉＯ（酸化ニッケル）若しくはＺｒＯ2 （酸化ジルコニ
ア）中にＢａＴｉＯ3 （チタン酸バリウム）を含む固体
潤滑剤を含有せしめた粉末体を母材の表面に接着せしめ
て被膜を形成してなることを特徴とする耐熱摺動体を提
案する。
形成された耐熱摺動体において、金属母材の表面に、Ｎ
ｉＯ（酸化ニッケル）若しくはＺｒＯ2 （酸化ジルコニ
ア）中にＢａＴｉＯ3 （チタン酸バリウム）を含む固体
潤滑剤を含有せしめた粉末体を母材の表面に接着せしめ
て被膜を形成してなることを特徴とする耐熱摺動体を提
案する。
【００１６】この場合、耐摩耗性、耐剥離性、生産性の
面より前記固体潤滑剤の含有量が３〜２０％程度で好ま
しくは、前記被膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍに形成す
るのがよい。そして耐熱摺動体は、好適には、ＮｉＯ若
しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑
剤を含有させて粉末体を生成し、該粉末体をプラズマ溶
射、焼結等により母材の表面に接着せしめて被膜を形成
して構成されるものである。
面より前記固体潤滑剤の含有量が３〜２０％程度で好ま
しくは、前記被膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍに形成す
るのがよい。そして耐熱摺動体は、好適には、ＮｉＯ若
しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑
剤を含有させて粉末体を生成し、該粉末体をプラズマ溶
射、焼結等により母材の表面に接着せしめて被膜を形成
して構成されるものである。
【００１７】このような耐熱摺動体は、ガイドベアリン
グ及び高圧空気シール部に、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中
にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑剤を選択して一又
は複数含有させた材料からなる被膜を有する摺動材を備
えた蓄熱式熱交換器として適用するのが有効であり、又
一般に摺接面に、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉ
Ｏ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含有
させた材料からなる被膜を形成した高温摺動部に適用す
る事も有効である。
グ及び高圧空気シール部に、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中
にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑剤を選択して一又
は複数含有させた材料からなる被膜を有する摺動材を備
えた蓄熱式熱交換器として適用するのが有効であり、又
一般に摺接面に、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉ
Ｏ3 、ＣｏＯ等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含有
させた材料からなる被膜を形成した高温摺動部に適用す
る事も有効である。
【００１８】そしてさらに前記した高温摺動部の固体潤
滑剤はヒーティングエレメント側に設けるのが良く、こ
の場合、前記ユングストローム型蓄熱式熱交換器におい
ては高温ガスが熱伝播する蓄熱コア端面２１１ａのシー
ル摺動部材２２が摺接する部位に位置する、ハニカム状
細路内に無機材料、セメント、及び固体潤滑剤を混合し
てなる充填剤を充填するのが良い。
滑剤はヒーティングエレメント側に設けるのが良く、こ
の場合、前記ユングストローム型蓄熱式熱交換器におい
ては高温ガスが熱伝播する蓄熱コア端面２１１ａのシー
ル摺動部材２２が摺接する部位に位置する、ハニカム状
細路内に無機材料、セメント、及び固体潤滑剤を混合し
てなる充填剤を充填するのが良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に係る耐熱摺動体の被膜を
形成するには、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3
又は／及びＣｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤滑剤を含浸せし
めた粉末体を生成する。この粉末体をプラズマ溶射等に
より、耐熱金属より成る摺動体の母材の表面に溶射し、
厚さ０．１〜２．０ｍｍ程度の被膜を形成する。このよ
うにして形成された被膜は、高い耐熱性を有するうえ
に、固体潤滑剤の含浸により摩擦係数が低下し、相手部
材とのなじみ性が良好で潤滑性に優れた表面硬化層とな
り、また、母材からの剥離の発生も無い。
形成するには、ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3
又は／及びＣｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤滑剤を含浸せし
めた粉末体を生成する。この粉末体をプラズマ溶射等に
より、耐熱金属より成る摺動体の母材の表面に溶射し、
厚さ０．１〜２．０ｍｍ程度の被膜を形成する。このよ
うにして形成された被膜は、高い耐熱性を有するうえ
に、固体潤滑剤の含浸により摩擦係数が低下し、相手部
材とのなじみ性が良好で潤滑性に優れた表面硬化層とな
り、また、母材からの剥離の発生も無い。
【００２０】この場合、従来使用されているグラファイ
ト系摺動材では耐熱性が充分でなく、高温用摺動材とし
て適用されている。ＣａＦ2 系でも１０００℃以上の耐
熱性はない。ＺｒＯ2 等の耐熱材料からなる摺動材を適
用している例もあるが、潤滑性能が充分でなく、摺動材
自身の摩耗が多く、相手材を摩耗せしむる例も多い。本
発明は常温でも１０００℃以上の高温でも、潤滑特性が
優れ、耐熱性が高く、溶射又は、焼結体を接合した摺動
面が剥離することもない。尚、後記実施例ではＮｉＯ若
しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3の固体潤滑剤を含浸せし
めたものでその効果を確認しているが、ＣｏＯもＢａＴ
ｉＯ3と類似特性を有するために同様な効果が得られる
ものと思慮する。
ト系摺動材では耐熱性が充分でなく、高温用摺動材とし
て適用されている。ＣａＦ2 系でも１０００℃以上の耐
熱性はない。ＺｒＯ2 等の耐熱材料からなる摺動材を適
用している例もあるが、潤滑性能が充分でなく、摺動材
自身の摩耗が多く、相手材を摩耗せしむる例も多い。本
発明は常温でも１０００℃以上の高温でも、潤滑特性が
優れ、耐熱性が高く、溶射又は、焼結体を接合した摺動
面が剥離することもない。尚、後記実施例ではＮｉＯ若
しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3の固体潤滑剤を含浸せし
めたものでその効果を確認しているが、ＣｏＯもＢａＴ
ｉＯ3と類似特性を有するために同様な効果が得られる
ものと思慮する。
【００２１】さて図２に示す回転蓄熱式熱交換器におい
ては、ハニカム状細路を有する円柱形蓄熱コア２１が回
転し、高温ガスと低温ガスの流れる流路を形成（仕切
る）するシール摺動部材とコア２１端面間の摩擦係数、
面圧の高さが駆動トルクに影響する。この為前記シール
摺動部材の、少なくとも高温側の蓄熱コア２１と摺接す
る高温摺動面側に前記した被膜を設けているが、蓄熱コ
ア２１はハニカム構造をしているために、受圧面積が小
さく面圧が大きい。
ては、ハニカム状細路を有する円柱形蓄熱コア２１が回
転し、高温ガスと低温ガスの流れる流路を形成（仕切
る）するシール摺動部材とコア２１端面間の摩擦係数、
面圧の高さが駆動トルクに影響する。この為前記シール
摺動部材の、少なくとも高温側の蓄熱コア２１と摺接す
る高温摺動面側に前記した被膜を設けているが、蓄熱コ
ア２１はハニカム構造をしているために、受圧面積が小
さく面圧が大きい。
【００２２】そこで請求項５記載の発明においては、前
記蓄熱コア２１のシール摺動部材２２が摺接する、少な
くとも高温側コア２１摺動面部位２１ａに位置するハニ
カム状細路内に無機材料、セメント及び固体潤滑剤を混
合してなる充填剤３０を充填する。この結果前記のシー
ル摺動部材２２が摺接する蓄熱コア２１のハニカム状細
路内が充填面として機能している為に、摩擦係数と共に
面圧が低下し、駆動トルクの減少が図れる。又前記蓄熱
コア２１の充填面は、高圧ガス若しくは低圧ガスの流路
から外れた域に位置している為に、通過流路面積を何等
阻害する事はない。
記蓄熱コア２１のシール摺動部材２２が摺接する、少な
くとも高温側コア２１摺動面部位２１ａに位置するハニ
カム状細路内に無機材料、セメント及び固体潤滑剤を混
合してなる充填剤３０を充填する。この結果前記のシー
ル摺動部材２２が摺接する蓄熱コア２１のハニカム状細
路内が充填面として機能している為に、摩擦係数と共に
面圧が低下し、駆動トルクの減少が図れる。又前記蓄熱
コア２１の充填面は、高圧ガス若しくは低圧ガスの流路
から外れた域に位置している為に、通過流路面積を何等
阻害する事はない。
【００２３】この場合前記充填剤３０は、前記無機材料
が、蓄熱コア２１と同種のセラミック材料であり、固体
潤滑剤がＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、Ｃ
ｏＯ、等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含有させた
材料であり、又セメントが無機ファイバと無機バインダ
を混合して形成したセメントであるのが好ましい。即
ち、無機材料に蓄熱コア２１と同種のセラミック材料を
用いることにより１０００℃以上の高温に加熱した場合
の熱膨張率の差異に起因する蓄熱コア２１の破開を防止
でき、又無機ファイバと無機バインダを混合して形成し
たセメントを用いることにより、１０００℃以上の高温
耐性を有する。
が、蓄熱コア２１と同種のセラミック材料であり、固体
潤滑剤がＮｉＯ若しくはＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、Ｃ
ｏＯ、等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含有させた
材料であり、又セメントが無機ファイバと無機バインダ
を混合して形成したセメントであるのが好ましい。即
ち、無機材料に蓄熱コア２１と同種のセラミック材料を
用いることにより１０００℃以上の高温に加熱した場合
の熱膨張率の差異に起因する蓄熱コア２１の破開を防止
でき、又無機ファイバと無機バインダを混合して形成し
たセメントを用いることにより、１０００℃以上の高温
耐性を有する。
【００２４】
【実施例】以下、図１〜図４を参照して本発明の実施例
につき詳しく説明する。但し、この実施例に記載されて
いる構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは
特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図３は図１に示すローテミューレ型熱交換器に使用され
る高温シール５（及び低温シール６）の断面図であり、
図において、５１はステンレス系耐熱鋼等の耐熱金属か
らなる母材であり、該母材５１はその背面を高圧高温ケ
ーシング３に強固に接着される。前記母材５１のヒーテ
ィングエレメント１への摺接面５２ａ側には本発明の要
旨である被膜５２が形成され、該被膜５２の表面が前記
エレメント１との摺接面５２ａとなっている。
につき詳しく説明する。但し、この実施例に記載されて
いる構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは
特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図３は図１に示すローテミューレ型熱交換器に使用され
る高温シール５（及び低温シール６）の断面図であり、
図において、５１はステンレス系耐熱鋼等の耐熱金属か
らなる母材であり、該母材５１はその背面を高圧高温ケ
ーシング３に強固に接着される。前記母材５１のヒーテ
ィングエレメント１への摺接面５２ａ側には本発明の要
旨である被膜５２が形成され、該被膜５２の表面が前記
エレメント１との摺接面５２ａとなっている。
【００２５】次に前記被膜５２の構成及び形成方法につ
いて説明する。 （１）ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2（酸化ニッケル）に固体
潤滑剤であるＢａＴｉＯ3を好ましくは重量比で５〜２
０％含浸せしめて潤滑性が向上した粉末を生成する。 （２）前記ＢａＴｉＯ3 含浸ＮｉＯを公知のプラズマ溶
射により、母材５１上に吹き付け、母材５１の表面に被
膜５２を形成する。該被膜５２の厚さは０．５ｍｍ〜２
ｍｍが適切である。 尚、プラズマ溶射は、ノズル中に内包した電極と母材間
にプラズマアーク電圧を印加した状態で、前記ノズルよ
り高融点の金属やセラミック粉末を噴射する事により、
前記粉末がプラズマアークに溶融しながら母材表面に被
覆固着するものである。
いて説明する。 （１）ＮｉＯ若しくはＺｒＯ2（酸化ニッケル）に固体
潤滑剤であるＢａＴｉＯ3を好ましくは重量比で５〜２
０％含浸せしめて潤滑性が向上した粉末を生成する。 （２）前記ＢａＴｉＯ3 含浸ＮｉＯを公知のプラズマ溶
射により、母材５１上に吹き付け、母材５１の表面に被
膜５２を形成する。該被膜５２の厚さは０．５ｍｍ〜２
ｍｍが適切である。 尚、プラズマ溶射は、ノズル中に内包した電極と母材間
にプラズマアーク電圧を印加した状態で、前記ノズルよ
り高融点の金属やセラミック粉末を噴射する事により、
前記粉末がプラズマアークに溶融しながら母材表面に被
覆固着するものである。
【００２６】これにより、図４に示されるような、Ｎｉ
Ｏ素地の中に固体潤滑剤であるＢａＴｉＯ3 が含浸され
た被膜５２が形成される。この被膜５２は、１０００℃
〜１１００℃程度の高温における強度及び硬度が大きな
酸化ニッケル（ＮｉＯ）中に３〜２０％程度のＢａＴｉ
Ｏ3 が均等に分布せしめられたことにより、１１００℃
の高温中における摩擦係数が従来のものよりも大幅に低
減される。また溶射により被覆させた被膜５２は、剥離
を起こすことなく、強固に母材５１に固着される。尚、
前記固体潤滑剤としてＣｏＯ（酸化コバルト）を用いて
もよい。
Ｏ素地の中に固体潤滑剤であるＢａＴｉＯ3 が含浸され
た被膜５２が形成される。この被膜５２は、１０００℃
〜１１００℃程度の高温における強度及び硬度が大きな
酸化ニッケル（ＮｉＯ）中に３〜２０％程度のＢａＴｉ
Ｏ3 が均等に分布せしめられたことにより、１１００℃
の高温中における摩擦係数が従来のものよりも大幅に低
減される。また溶射により被覆させた被膜５２は、剥離
を起こすことなく、強固に母材５１に固着される。尚、
前記固体潤滑剤としてＣｏＯ（酸化コバルト）を用いて
もよい。
【００２７】図５に、摺動材として適用した場合の耐熱
性と潤滑性の評価結果を示す。本図に示す通り、耐熱性
と潤滑性のいずれも本材料が従来材に比して格段に優れ
た効果を有することがわかる。
性と潤滑性の評価結果を示す。本図に示す通り、耐熱性
と潤滑性のいずれも本材料が従来材に比して格段に優れ
た効果を有することがわかる。
【００２８】図６乃至図７は、前記図２の○印部分に請
求項６乃至８記載の発明を組込んだ実施例を示す。前記
したアウタシール２３若しくはインナシール２２は、Ｎ
ｉ（ニッケル）系耐熱合金や希土類粒子分散強化耐熱金
属で形成され、該シール２２、２３の蓄熱コア端面２１
１との摺動面上に、前記したＢａＴｉＯ3 含浸ＮｉＯを
公知のプラズマ溶射により吹き付け、シール２２、２３
表面に被膜５２を形成する。該被膜５２の厚さは前記と
同様に０．５ｍｍ〜２ｍｍが適切である。
求項６乃至８記載の発明を組込んだ実施例を示す。前記
したアウタシール２３若しくはインナシール２２は、Ｎ
ｉ（ニッケル）系耐熱合金や希土類粒子分散強化耐熱金
属で形成され、該シール２２、２３の蓄熱コア端面２１
１との摺動面上に、前記したＢａＴｉＯ3 含浸ＮｉＯを
公知のプラズマ溶射により吹き付け、シール２２、２３
表面に被膜５２を形成する。該被膜５２の厚さは前記と
同様に０．５ｍｍ〜２ｍｍが適切である。
【００２９】一方図７に示すように、前記被膜５２と摺
接する、少なくとも高温側コア摺動面部位２１ａに位置
する、蓄熱コア端面２１１ａ側のハニカム状細路２１ｃ
内に無機材料、セメント及び固体潤滑剤を混合してなる
充填剤３０をリング帯状に充填する。この場合、前記固
体潤滑剤には、前記実施例と同様にＺｒＯ2中にＢａＴ
ｉＯ3を含有させたもの、又ＮｉＯ中にＢａＴｉＯ3、Ｃ
ｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含
有させたものを用いる。又セメントには線径が２〜４μ
ｍ、長さが平均５０μｍの「Ａｌ2Ｏ3 ＋ＳｉＯ2」から
なる無機ファイバとＳｉＯ2系の無機バインダを用い
る。又無機材料には蓄熱コア２１の材料と同種のセラミ
ック材料を用いる。
接する、少なくとも高温側コア摺動面部位２１ａに位置
する、蓄熱コア端面２１１ａ側のハニカム状細路２１ｃ
内に無機材料、セメント及び固体潤滑剤を混合してなる
充填剤３０をリング帯状に充填する。この場合、前記固
体潤滑剤には、前記実施例と同様にＺｒＯ2中にＢａＴ
ｉＯ3を含有させたもの、又ＮｉＯ中にＢａＴｉＯ3、Ｃ
ｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤滑剤を選択して一又は複数含
有させたものを用いる。又セメントには線径が２〜４μ
ｍ、長さが平均５０μｍの「Ａｌ2Ｏ3 ＋ＳｉＯ2」から
なる無機ファイバとＳｉＯ2系の無機バインダを用い
る。又無機材料には蓄熱コア２１の材料と同種のセラミ
ック材料を用いる。
【００３０】そして前記３種の材料を数〜数十μｍ程度
の粒度に粉状化した後、適宜の配合比で水と共に混練化
して充填剤３０を形成する。
の粒度に粉状化した後、適宜の配合比で水と共に混練化
して充填剤３０を形成する。
【００３１】そして前記コア端面２１１側の充填剤３０
の充填は、蓄熱コア２１の充填不要部分にテープを張っ
て充填深さが１０ｍｍ程度になるように、ハニカム状細
路２１ｃ内に圧入充填を行う。そして圧入充填後、充填
剤３０の完全乾燥温度まで加熱し、その後亀裂が生じな
い温度で徐冷を行う。前記乾燥温度はセメントの種類に
よって決る。
の充填は、蓄熱コア２１の充填不要部分にテープを張っ
て充填深さが１０ｍｍ程度になるように、ハニカム状細
路２１ｃ内に圧入充填を行う。そして圧入充填後、充填
剤３０の完全乾燥温度まで加熱し、その後亀裂が生じな
い温度で徐冷を行う。前記乾燥温度はセメントの種類に
よって決る。
【００３２】尚、面圧低下を図る為に、低温側の蓄圧コ
ア２１の摺動面部位に位置する、蓄熱コア端面２１１ｂ
側のハニカム状細路２１ｃ内にも充填剤３０をリング帯
状に充填するのが良く、この場合、セメント、無機材料
は前記と同様であるが、前記固体潤滑剤には、Ｃｕ2中
にＣ、ＮａＦ、ＷＳ2等の固体潤滑剤を選択して一又は
複数含有させたものを用いるのがよい。
ア２１の摺動面部位に位置する、蓄熱コア端面２１１ｂ
側のハニカム状細路２１ｃ内にも充填剤３０をリング帯
状に充填するのが良く、この場合、セメント、無機材料
は前記と同様であるが、前記固体潤滑剤には、Ｃｕ2中
にＣ、ＮａＦ、ＷＳ2等の固体潤滑剤を選択して一又は
複数含有させたものを用いるのがよい。
【００３３】前記実施例により図２に示す回転蓄圧式熱
交換器を運転した所、動摩擦係数の大幅低減に起因して
駆動トルクの低減が図られると共に、漏れ防止にもつな
がった。
交換器を運転した所、動摩擦係数の大幅低減に起因して
駆動トルクの低減が図られると共に、漏れ防止にもつな
がった。
【００３４】
【発明の効果】以上記載の如く本発明によれば、高温強
度及び高温下における耐摩耗性の大なるＮｉＯ若しくは
ＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤
滑剤を含浸してなる被膜を形成したので、蓄熱式熱交換
器等の当該部相手部材との間の摺動摩擦係数が低減せし
められて、従来のものに較べ潤滑性能が大幅に向上した
耐熱摺動体を得ることができる。
度及び高温下における耐摩耗性の大なるＮｉＯ若しくは
ＺｒＯ2中にＢａＴｉＯ3 、ＣｏＯ、ＣａＦ2等の固体潤
滑剤を含浸してなる被膜を形成したので、蓄熱式熱交換
器等の当該部相手部材との間の摺動摩擦係数が低減せし
められて、従来のものに較べ潤滑性能が大幅に向上した
耐熱摺動体を得ることができる。
【００３５】これにより、従来のもののような被膜層と
摺接する相手部材との間の摩擦係数の過大によるコーテ
ィング層の剥離の発生及びこれにつながる機器の破損の
発生が防止され、高温下における耐久性が大で信頼性の
大なる耐熱摺動体を得ることができる。
摺接する相手部材との間の摩擦係数の過大によるコーテ
ィング層の剥離の発生及びこれにつながる機器の破損の
発生が防止され、高温下における耐久性が大で信頼性の
大なる耐熱摺動体を得ることができる。
【００３６】特に請求項７から８記載の発明によれば前
記効果に加えて前記のシール摺動部材が摺接する蓄熱コ
ア２１のハニカム状細路内が充填面として機能している
為に、摩擦係数と共に面圧が低下し、駆動トルクの減少
が図れる。
記効果に加えて前記のシール摺動部材が摺接する蓄熱コ
ア２１のハニカム状細路内が充填面として機能している
為に、摩擦係数と共に面圧が低下し、駆動トルクの減少
が図れる。
【図１】本発明の第１実施例に係る耐熱摺動体を使用し
たローテミューレ型熱交換器の概略断面図。
たローテミューレ型熱交換器の概略断面図。
【図２】ガスタービン用回転蓄熱式熱交換器の概略構造
図。
図。
【図３】図１の熱交換器の高温シール取付部近傍の断面
図。
図。
【図４】本発明の実施例に係る耐熱摺動体の被膜部分の
断面図。
断面図。
【図５】耐熱性と潤滑性の評価結果を示すグラフ図であ
る。
る。
【図６】図２の○印部分に請求項６乃至８記載の発明を
組込んだ実施例を示す拡大図である。
組込んだ実施例を示す拡大図である。
【図７】図６のＡ−Ａ’線視矢図である。
１ ヒーティングエレメント ２ 高圧低温ケーシング ３ 高圧高温ケーシング ５ 高温シール ６ 低温シール ７ ガイドベアリング ５１ 高温シールの母材 ５２ 被膜 ５２ａ 摺接面 ２１ 蓄熱コア ２１ａ コア摺動面部位 ２１ｃ ハニカム状細路 ３０ 充填剤 ２２、２３ シール摺動部材（アウタシール２３及びイ
ンナシール２２）
ンナシール２２）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 30/00 Ｃ２３Ｃ 30/00 Ｃ Ｆ１６Ｊ 15/16 Ｆ１６Ｊ 15/16 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 19/04 F16J 15/16 C04B 35/48 C10M 103/06 C23C 4/10 C23C 24/08 C23C 30/00
Claims (7)
- 【請求項１】 金属母材の表面に耐熱摺動被覆層が形成
された耐熱摺動体において、 金属母材の表面に、ＮｉＯ（酸化ニッケル）若しくはＺ
ｒＯ2（酸化ジルコニア）中にＢａＴｉＯ3 （チタン酸
バリウム）を含む固体潤滑剤を含有せしめた粉末体を母
材の表面に接着せしめて被膜を形成してなることを特徴
とする耐熱摺動体。 - 【請求項２】 前記固体潤滑剤の含有量が３〜２０％程
度に設定された請求項１記載の耐熱摺動体。 - 【請求項３】 前記被膜の厚さが０．１〜２．０ｍｍに
形成された請求項１記載の耐熱摺動体。 - 【請求項４】 高温摺動部を有する空気シール部に、Ｎ
ｉＯ（酸化ニッケル）若しくはＺｒＯ 2 （酸化ジルコニ
ア）中にＢａＴｉＯ 3 （チタン酸バリウム）を含む固体
潤滑剤を含有せしめた粉末体を摺動材母材に接着せしめ
て形成した被膜を有する摺動材を設けたことを特徴とす
る蓄熱式熱交換器。 - 【請求項５】 高温ガスと低温ガスの流れる流路に臨ん
で回転し、軸方向にハニカム状細路を有する円柱形蓄熱
コアを具え、この蓄熱コアの端面に前記流路を形成する
シール摺動部材が摺接してなる回転蓄熱式熱交換器にお
いて、高温ガスが熱伝播する蓄熱コア端面のシール摺動部材が
摺接する部位に位置する、ハニカム状細路内に、無機材
料、セメント、及び固体潤滑剤を混合してなる充填剤を
充填してなる ことを特徴とする蓄熱式熱交換器。 - 【請求項６】 前記無機材料が、蓄熱コアと同種のセラ
ミック材料であり、固体潤滑剤がＮｉＯ若しくはＺｒＯ
2 中にＢａＴｉＯ 3 、ＣｏＯ等の固体潤滑剤を選択して
一又は複数含有させた材料であり、又セメントが無機フ
ァイバと無機バインダを混合して形成したセメントであ
ることを特徴とする請求項５記載の蓄熱式熱交換器。 - 【請求項７】 前記シール摺動部材の内、高温ガスが熱
伝播する蓄熱コア端面と摺接する高温摺動面側に、Ｎｉ
Ｏ若しくはＺｒＯ 2 中にＢａＴｉＯ 3 、ＣｏＯ等の固体
潤滑剤を選択して一又は複数含有させた材料からなる被
膜を設けたことを特徴とする請求項５記載の蓄熱式熱交
換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32817295A JP3303642B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-11-22 | 蓄熱式熱交換器、該熱交換器等に使用する耐熱摺動体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9589895 | 1995-03-30 | ||
| JP7-95898 | 1995-03-30 | ||
| JP32817295A JP3303642B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-11-22 | 蓄熱式熱交換器、該熱交換器等に使用する耐熱摺動体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08327263A JPH08327263A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3303642B2 true JP3303642B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=26437063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32817295A Expired - Fee Related JP3303642B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-11-22 | 蓄熱式熱交換器、該熱交換器等に使用する耐熱摺動体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303642B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9284647B2 (en) | 2002-09-24 | 2016-03-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for coating sliding surface of high-temperature member, high-temperature member and electrode for electro-discharge surface treatment |
| JP4307444B2 (ja) | 2002-09-24 | 2009-08-05 | 株式会社Ｉｈｉ | 高温部材の擦動面のコーティング方法および高温部材と放電表面処理用電極 |
| CA2483528C (en) | 2002-10-09 | 2015-07-21 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Rotating member and method for coating the same |
| US7771159B2 (en) * | 2006-10-16 | 2010-08-10 | General Electric Company | High temperature seals and high temperature sealing systems |
| WO2014072839A1 (en) | 2013-01-02 | 2014-05-15 | Bisson Massimiliano | Support device for radiant tubes |
| CN104962110B (zh) * | 2015-07-02 | 2017-05-03 | 齐鲁工业大学 | 镍硼包覆氟化钙复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具 |
-
1995
- 1995-11-22 JP JP32817295A patent/JP3303642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08327263A (ja) | 1996-12-13 |
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