JPH06601Y2 - 回転蓄熱式熱交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、車両用のガスタービンエンジン等に使用され
る回転蓄熱式熱交換装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、車両用のガスタービンエンジンに使用される回転
蓄熱式熱交換装置としては、例えば第３図に示されるよ
うなものがある（実開昭６０−６９８６号公報等参
照）。

即ち、図において、エンジンハウジング３０には、円筒
型を為すハニカム形状の蓄熱コア３１が配設され、該蓄
熱コア３１は支持軸３２を介してハウジング３０の端壁
に回転自由に支持され、図示しないモータ等により低速
回転駆動される。ハウジング３０内側には、低温側のコ
ンプレッサエア通路３３が形成されており、この通路３
３内側に高温側の燃焼ガス通路３４と熱交換後のコンプ
レッサエアの通路３５とを仕切形成するプラットホーム
３６が配設されている。このプラットホーム３６は、筒
部３６ａとこの筒部３６ａ内側を２分する隔壁部３６ｂ
とから構成され、これら筒部３６ａと隔壁部３６ｂ夫々
の一端部をシール部材３７を介して前記蓄熱コア３１の
一端面に当接される。プラットホーム３６における燃焼
ガス通路３４は図示しないパワータービンディフューザ
に連結される。又、エア通路３５は図示しない燃焼器へ
と連結される。そして、パワータービンディフューザか
らプラットホーム３６の燃焼ガス通路３４に導かれた燃
焼ガスは、図示矢印Ａの如く流れて蓄熱コア３１を通
り、図示しない排気通路へと排出される。一方、プラッ
トホーム３６周りのコンプレッサエアは、図示矢印Ｂの
如く流れて蓄熱コア３１を通り、プラットホーム３６の
エア通路３５へと至る。

従って、高温の燃焼ガスにより加熱されることで蓄熱し
た蓄熱コア３１を流れるコンプレッサエアを熱交換して
加熱する。

かかる回転蓄熱式熱交換装置にあっては、ハウジング３
０の低温側のコンプレッサエア通路３３内側に、高温側
の燃焼ガス通路３４と熱交換後のコンプレッサエアの通
路３５とを仕切形成するプラットホーム３６をセラミッ
クで形成することにより、該プラットホーム３６の熱変
形を防止し、該熱変形によって生じるシール部材３７の
変形を防止して、ガス漏れ量の増大を防止できるという
利点を有する。

〈考案が解決しようとする課題〉 しかしながら、このようにな従来の回転蓄熱式熱交換装
置にあっては、プラットホーム３６に燃焼ガス通路３４
とエア通路３５とを一体成形しているので、該プラット
ホーム３６が大型化し、複雑な構造となる。しかも、プ
ラットホーム３６をセラミックで製作するので、コスト
が嵩むという問題点があった。

本考案は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、高温ガス通路と低温ガスを熱交換した後の加熱ガス
の通路の構造とシール装置の構造の改善により、上記従
来の問題点を解消することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明の回転蓄熱式熱交換装置は、ハウジング
内に回転駆動される蓄熱コアを備え、高温ガスにより加
熱されることで蓄熱した蓄熱コアを流れる低温ガスを熱
交換して加熱する回転蓄熱式熱交換装置において、前記
ハウジング内に形成された低温ガス通路内側の前記蓄熱
コア端面の略片側部分に面する位置に、低温ガスを熱交
換した後の加熱ガスの通路を隔成する筒状の隔壁部をハ
ウジングと一体成形して設けると共に、前記低温ガス通
路内側の蓄熱コア端面の他方略片側部分に面する位置に
該蓄熱コアに導く高温ガス通路を隔成するセラミック製
筒状部材を設け、前記隔壁部端面及び筒状部材端面夫々
と蓄熱コア端面との当接面に、低温ガス側シール部材と
高温ガス側シール部材を夫々介在させる一方、前記筒状
部材の他端部をベローズを介して高温ガス導入通路部材
と連結し、前記筒状部材のシール部材介在部の背面と前
記ハウジングに形成された係止面との間に該シール部材
に押圧力を付与する弾性部材を介装した構成とする。

〈作用〉 低温ガスは、ハウジング内側の低温ガス通路に導入さ
れ、筒状部材周りを通過した後、蓄熱コアに流入する。

一方、高温ガスは高温ガス導入通路部材から筒状部材を
経て蓄熱コアに流入する。

従って、高温ガスにより加熱されることで蓄熱した蓄熱
コアを低温ガスが流れることにより、該低温ガスは熱交
換されて加熱される。

そして、かかる構成の回転蓄熱式熱交換装置によると、
ハウジング内の低温ガス通路内側の蓄熱コア端面の略片
側部分に面する位置にセラミック製の筒状部材を配設
し、この筒状部材内に高温ガスを流通させるようにした
結果、次のような作用を奏する。

即ち、セラミック製の筒状部材は熱膨張率が極めて低い
ので殆ど変形することなく高温ガス側シール部材を押さ
える部分は平坦面に保持される。

従って、前記シール部材も変形することなく、蓄熱コア
とのシール面を平坦面に保持でき、燃焼ガス通路のシー
ル性を確保できる。

又、筒状部材の端部をベローズを介して高温ガス導入通
路部材と連結し、該筒状部材のシール部材介在部の背面
と前記ハウジング側係止面との間に該シール部材に押圧
力を付与する弾性部材を介装するようにしたから、高温
ガス側シール部材のフレキシビリティを持たせることが
できると共に、該シール部材の押圧力を高めることがで
き、シール部材によるシール性をより一層向上すること
ができる。

この結果、高温ガスの漏れを確実に防止できるようにな
る。

尚、前記ベローズは、プラットホーム周りのコンプレッ
サエア通路を流通する低温のエアにより冷却されるの
で、高温ガスによる材質劣化等が防止され、常時安定し
た機能を奏する。そして、プラットホームを高温ガスの
流通路のみを構成するものとしたため、プラットホーム
の小型化、構造の簡略化を図れ、製作コストの低減を図
れる。

〈実施例〉 以下に、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、本考案の回転蓄熱式熱交換装置を
ガスタービンエンジンに適用した実施例を示している。

これらの図において、エンジンハウジング１内に設けら
れたコンプレッサ２の入力側インペラ３と出力側インペ
ラ４とは、軸受５によって支持されたシャフト６の両端
に固定されている。入力側インペラ３は、コンプレッサ
シュラウド７からエアを吸い込んで後述する回転蓄熱式
熱交換装置８の蓄熱コア９に流通させ、このエアを該蓄
熱コア９で燃焼ガスと熱交換させて加熱して図示しない
燃焼器に圧送する。燃焼器内では図示しない燃料供給管
から供給された燃料と前記加熱空気との混合気が燃焼さ
れる。この燃焼ガスはスクロール10からノズル１１を介
して出力側インペラ４に供給され、該出力側インペラ４
とシャフト６を介して連結された入力側インペラ３とを
高速回転する。

出力側インペラ４を出た燃焼ガスは吐出通路12を経てパ
ワータービン１３のロータ１４に吹き付けられ、該ロー
タ１４を回転駆動した後、パワータービンディフューザ
１５から後述するプラットホーム１６を経て蓄熱コア９
に流入し、図示しない排気通路から排出される。

前記ロータ１４は駆動軸であるドライブシャフト１７に
連結される。

ここで、回転蓄熱式熱交換装置８は、本考案に係るハウ
ジングとしてのエンジンハウジング１内に回転駆動され
る円筒状のハニカム形状の蓄熱コア９を備え、高温ガス
としての燃焼ガスにより加熱されることで蓄熱した蓄熱
コア９を流れる低温ガスとしてのコンプレッサエアを熱
交換して加熱する構成であり、次のような燃焼ガス通路
とコンプレッサエアを熱交換した後の加熱エア通路の構
造とシール装置の構造となっている。

前記エンジンハウジング１内に形成されたコンプレッサ
エア通路１８内側の前記蓄熱コア９内側端面の略片側部
分に面する位置には、コンプレッサエアを熱交換した後
の加熱エアの通路２０を隔成する筒状の隔壁部２１がハ
ウジング１と一体成形して設けられている。又、前記コ
ンプレッサエア通路１８内側の蓄熱コア９内側端面の他
方略片側部分に面する位置に該蓄熱コア９に導く燃焼ガ
ス通路２２を隔成するセラミック製筒状部材としてのプ
ラットホーム１６が設けられている。前記隔壁部２１の
蓄熱コア９側の開放端部に設けられたフランジ部２１ａ
端面と蓄熱コア９端面との当接面には、エア側シール部
材２３が介在される。

又、プラットホーム１６の蓄熱コア９側の開放端部に設
けられたフランジ部１６ａ端面と蓄熱コア９端面との当
接面には、燃焼ガス側シール部材２４が夫々介在され
る。

前記隔壁部２１の他方開放端部は、前記スクロール１０
周りに形成された空間部２５を介して燃焼器に連通す
る。

前記プラットホーム１６の他方開放端部は、溶接ベロー
ズ２６を介して高温ガス導入通路部材としてのパワータ
ービンディフューザ１５と連結される。

この場合、溶接ベローズ２６の両端部は、夫々Ｖバンド
カップリング２７を介してプラットホーム１６とパワー
タービンディフューザ１５夫々の端部と連結される。

前記プラットホーム１６のシール部材２４介在部として
のフランジ部１６ａ背面と前記エンジンハウジング１に
形成された係止面としてのフランジ部２１ａ外端面との
間には、該シール部材24に押圧力を付与する弾性部材と
してのコイルスプリング２８が介装される。

前記蓄熱コア９外側端面に面する位置には、熱交換カバ
ー２９が配設されている。この熱交換カバー２９のエア
通路２０と対応する部位には、エアが流通可能な空間部
２９ａが形成され、燃焼ガス通路２２と対応する部位に
は、図示しない排気通路と連通する開口部２９ｂが形成
されている。

この熱交換カバー２９の開口部２９ｂ内端面と蓄熱コア
９外側端面との当接面には、シール部材３０が介在され
る。

次に作用を説明する。

入力側インペラ３の回転によってコンプレッサシュラウ
ド７から吸い込まれたエアは、エンジンハウジング１内
側のコンプレッサエア通路１８に導入され、プラットホ
ーム１６周りを通過して蓄熱コア９周面の周りに至り、
最終的に熱交換カバー２９の空間部２９ａに導かれて、
ここから蓄熱コア９に流入する。

一方、燃焼ガスはスクロール１０からノズル11を介して
出力側インペラ４に供給され、ここから吐出通路１２を
経てパワータービン１３のロータ１４に吹き付けられ、
パワータービンディフューザ１５からプラットホーム１
６を経て蓄熱コア９に流入し、排気通路から排出され
る。

従って、燃焼ガスにより加熱されることで蓄熱した蓄熱
コア９をコンプレッサエアが流れることにより、該エア
は熱交換されて加熱され、エア通路２０から空間部２５
に流入して燃焼器へと供給される。

この結果、、排気熱の回収によって燃焼器内における燃
焼の燃費が低減される。

そして、かかる構成の回転蓄熱式熱交換装置８による
と、エンジンハウジング１内のコンプレッサエア通路１
８内側の蓄熱コア９端面の略片側部分に面する位置にセ
ラミック製のプラットホーム１６を配設し、このプラッ
トホーム１６内に燃焼ガスを流通させるようにした結
果、次のような利点がある。

即ち、セラミック製のプラットホーム１６は熱膨張率が
極めて低いので殆ど変形することなくシール部材２４を
押さえるフランジ部１６ａ外端面には平坦面に保持され
る。従って、シール部材２４も変形することなく、蓄熱
コア９とのシール面を平坦面に保持でき、燃焼ガス通路
２２のシール性を確保できる。

又、プラットホーム１６の端部を溶接ベローズ２６を介
してパワータービンディフューザ１５と連結し、該プラ
ットホーム１６のフランジ部１６ａ背面と前記隔壁部２
１のフランジ部２１ａとの間にコイルスプリング２８を
介装するようにしたから、燃焼ガス側シール部材２４の
フレキシビリティを持たせることができると共に、該シ
ール部材２４の押圧力を高めることができ、シール部材
２４によるシール性をより一層向上することができる。

この結果、高圧の燃焼ガスの低圧のコンプレッサエア側
への漏れを確実に防止できるようになる。

尚、前記溶接ベローズ２６は、プラットホーム１６周り
のコンプレッサエア通路１８を流通する低温のエアによ
り冷却されるので、高温の燃焼ガスによる材質劣化等が
防止され、常時安定した機能を奏する。そして、プラッ
トホーム１６を燃焼ガスの流通路のみを構成するものと
したため、プラットホーム１６を従来に比して略半分の
大きさにでき、小型化を図れ、構造の簡略化を図れると
共に、製作コストの低減を図れる。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によれば、ハウジング内の低
温ガス通路内側の蓄熱コア端面の略片側部分に面する位
置にセラミック製の筒状部材を配設し、この筒状部材内
に高温ガスを流通させるようにした結果、燃焼ガス通路
のシール性を確保でき、又、筒状部材の端部をベローズ
を介して高温ガス導入通路部材と連結し、該筒状部材の
シール部材介在部の背面と前記ハウジング側係止面との
間に該シール部材に押圧力を付与する弾性部材を介装す
るようにしたから、シール部材の押圧力を高めることが
でき、シール部材によるシール性をより一層向上するこ
とができる。

この結果、高温ガスの漏れを確実に防止できるようにな
る。

又、ベローズは、プラットホーム周りのコンプレッサエ
ア通路を流通する低温のエアにより冷却されるので、高
温ガスによる材質劣化等が防止され、常時安定した機能
を奏する。

そして、プラットホームを高温ガスの流通路のみを構成
するものとしたため、プラットホームを従来に比して略
半分の大きさにでき、小型化を図れ、構造の簡略化を図
れると共に、製作コストの低減を図れる実用的効果大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る回転蓄熱式熱交換装置をガスタ
ービンエンジンに適用した例を示す全体構成断面図、第
２図は第１図中の回転蓄熱式熱交換装置部の拡大断面
図、第３図は従来の回転蓄熱式熱交換装置の一例の構成
を示す断面図である。 １…エンジンハウジング ８…回転蓄熱式熱交換装置
９…蓄熱コア １５…パワータービンディフュー
ザ １６…プラットホーム １６ａ，２１ａ……フ
ランジ部 １８…コンプレッサエア通路 ２０…加
熱エアの通路 ２１…隔壁部 ２２…燃焼ガス通路
２３…エア側シール部材 ２４…燃焼ガス側シー
ル部材 ２６…溶接ベローズ ２８…コイルスプリ
ング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内に回転駆動される蓄熱コアを
   備え、高温ガスにより加熱されることで蓄熱した蓄熱コ
   アを流れる低温ガスを熱交換して加熱する回転蓄熱式熱
   交換装置において、前記ハウジング内に形成された低温
   ガス通路内側の前記蓄熱コア端面の略片側部分に面する
   位置に、低温ガスを熱交換した後の加熱ガスの通路を隔
   成する筒状の隔壁部をハウジングと一体成形して設ける
   と共に、前記低温ガス通路内側の蓄熱コア端面の他方略
   片側部分に面する位置に該蓄熱コアに導く高温ガス通路
   を隔成するセラミック製筒状部材を設け、前記隔壁部端
   面及び筒状部材端面夫々と蓄熱コア端面との当接面に、
   低温ガス側シール部材と高温ガス側シール部材を夫々介
   在させる一方、前記筒状部材の他端部をベローズを介し
   て高温ガス導入通路部材と連結し、前記筒状部材のシー
   ル部材介在部の背面と前記ハウジングに形成された係止
   面との間に該シール部材に押圧力を付与する弾性部材を
   介装したことを特徴とする回転蓄熱式熱交換装置。