JPH0814782A - 回転蓄熱式熱交換器用コアの構造 - Google Patents
回転蓄熱式熱交換器用コアの構造Info
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- JPH0814782A JPH0814782A JP16740794A JP16740794A JPH0814782A JP H0814782 A JPH0814782 A JP H0814782A JP 16740794 A JP16740794 A JP 16740794A JP 16740794 A JP16740794 A JP 16740794A JP H0814782 A JPH0814782 A JP H0814782A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- core
- heat exchanger
- central part
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
- F28D19/041—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
- F28D19/042—Rotors; Assemblies of heat absorbing masses
Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱交換エレメントを構成するセルの曲げ強度
を向上せしめることにより、セルの曲げ変形によるガス
漏れ量の増大及びこれによる熱交換器の性能低下の発生
を防止するとともに、セル連結部の曲げ破壊の発生を防
止してコアの耐久性を向上せしめる。 【構成】 ハニカム状に連結されたセルを、その中央部
及び両端連結部が他の部位よりも厚肉になるようなウエ
イビーセルに構成し、セル中央部及び連結部の曲げ応力
を低減する。
を向上せしめることにより、セルの曲げ変形によるガス
漏れ量の増大及びこれによる熱交換器の性能低下の発生
を防止するとともに、セル連結部の曲げ破壊の発生を防
止してコアの耐久性を向上せしめる。 【構成】 ハニカム状に連結されたセルを、その中央部
及び両端連結部が他の部位よりも厚肉になるようなウエ
イビーセルに構成し、セル中央部及び連結部の曲げ応力
を低減する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン等に使用さ
れる回転蓄熱式熱交換器用コアの構造に関する。
れる回転蓄熱式熱交換器用コアの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン、各種熱回収プラント等に
おいては装置の熱効率の向上を図る手段の１つとして回
転蓄熱型熱交換器が用いられている。この回転蓄熱型熱
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
ス中に放出させることにより熱エネルギを回収するもの
である。
おいては装置の熱効率の向上を図る手段の１つとして回
転蓄熱型熱交換器が用いられている。この回転蓄熱型熱
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
ス中に放出させることにより熱エネルギを回収するもの
である。
【０００３】図１に前記回転蓄熱式熱交換器の概要を示
す。図において１は多数のセルをハニカム状に連結して
流体通過のための細孔を形成した円柱状のコアであり、
該コア１はこれの外周に固着されたリングギヤ１ａ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。
す。図において１は多数のセルをハニカム状に連結して
流体通過のための細孔を形成した円柱状のコアであり、
該コア１はこれの外周に固着されたリングギヤ１ａ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。
【０００４】６は燃焼器（図示せず）への高圧低温の空
気が流過する高圧低温空気通路、５はタービン（図示せ
ず）からの低圧高温のガスが流過する低圧高温ガス通路
であり、該高圧低温空気通路６と低圧高温ガス通路５と
はコア１の上端面１ｂにおいてアウタシール３により、
コア１の下端面１ｃにおいてインナシール２により夫々
シールされている。
気が流過する高圧低温空気通路、５はタービン（図示せ
ず）からの低圧高温のガスが流過する低圧高温ガス通路
であり、該高圧低温空気通路６と低圧高温ガス通路５と
はコア１の上端面１ｂにおいてアウタシール３により、
コア１の下端面１ｃにおいてインナシール２により夫々
シールされている。
【０００５】即ち前記アウタシール３の下面（摺動面）
とコアの上端面１ｂとが、インナシール２の上面（摺動
面）とコアの下端面１ｃとが夫々摺接されて両通路５，
６をシールされた状態でコア１がハウジング４に支承さ
れた支軸Ｚ回りに回転せしめられる。
とコアの上端面１ｂとが、インナシール２の上面（摺動
面）とコアの下端面１ｃとが夫々摺接されて両通路５，
６をシールされた状態でコア１がハウジング４に支承さ
れた支軸Ｚ回りに回転せしめられる。
【０００６】図２に前記円柱状のコア１の外観構造を示
す。該コア１は、環状の外周部材１１と、これに囲繞さ
れて設けられた熱交換エレメント１２とを備えており、
中心部の支軸Ｚがハウジングに支承され、回転せしめら
れるようになっている。
す。該コア１は、環状の外周部材１１と、これに囲繞さ
れて設けられた熱交換エレメント１２とを備えており、
中心部の支軸Ｚがハウジングに支承され、回転せしめら
れるようになっている。
【０００７】前記熱交換エレメント１２は、多数のセル
２３をハニカム状に連結して構成されている。
２３をハニカム状に連結して構成されている。
【０００８】図５に前記熱交換エレメント１２の従来の
１例を示す。図において、１３はセルでコージェライト
材（ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2）等の耐熱、耐摩耗
性を有する材料からなり、これを多数ハニカム状に連結
して前記エレメント１２を構成し、前記セル１３の間に
熱交換ガス通路用の細孔１４を区画形成している。前記
セル１３は、その厚さｔを、通常０．１ｍｍ程度の均一
厚さに形成されている。
１例を示す。図において、１３はセルでコージェライト
材（ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2）等の耐熱、耐摩耗
性を有する材料からなり、これを多数ハニカム状に連結
して前記エレメント１２を構成し、前記セル１３の間に
熱交換ガス通路用の細孔１４を区画形成している。前記
セル１３は、その厚さｔを、通常０．１ｍｍ程度の均一
厚さに形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記コア１は、その両
端面１ｂ，１ｃをインナシール２及びアウタシール３と
摺接せしめられつつ高速回転している。即ちコア１の熱
交換エレメント１２を構成するセル１３の端面がインナ
シール２及びアウタシール３と摺接していることから、
両シールとの摺接部に局部的に強い押圧力が作用する
と、コア１ｂが高速回転せしめられていることから、図
５に２点鎖線で示すように、セル１３にはせん断荷重ｗ
による曲げ応力σが発生する。
端面１ｂ，１ｃをインナシール２及びアウタシール３と
摺接せしめられつつ高速回転している。即ちコア１の熱
交換エレメント１２を構成するセル１３の端面がインナ
シール２及びアウタシール３と摺接していることから、
両シールとの摺接部に局部的に強い押圧力が作用する
と、コア１ｂが高速回転せしめられていることから、図
５に２点鎖線で示すように、セル１３にはせん断荷重ｗ
による曲げ応力σが発生する。
【００１０】図５に示されるような厚さｔが均一なセル
１３においては、このせん断荷重ｗにより過大な曲げ応
力がセル１３の両連結部１３ａ及び中央部１３ｂに作用
することとなる。
１３においては、このせん断荷重ｗにより過大な曲げ応
力がセル１３の両連結部１３ａ及び中央部１３ｂに作用
することとなる。
【００１１】このため、前記曲げ応力による中央部１３
ｂの曲げ変形により、シール不良が生起され、該部より
の高圧空気漏れ量が増大し、熱交換器の性能低下が誘発
される。また、セル１３の連結部１３ａにおいては、曲
げ応力過大によるセルの破壊の発生をみる。
ｂの曲げ変形により、シール不良が生起され、該部より
の高圧空気漏れ量が増大し、熱交換器の性能低下が誘発
される。また、セル１３の連結部１３ａにおいては、曲
げ応力過大によるセルの破壊の発生をみる。
【００１２】本発明の目的は、熱交換エレメントを構成
するセルの曲げ強度を向上せしめることにより、セルの
曲げ変形による高圧空気漏れ量の増大及びこれによる熱
交換器の性能低下の発生を防止するとともに、セル連結
部の曲げ破壊の発生を防止してコアの耐久性を向上せし
めることである。
するセルの曲げ強度を向上せしめることにより、セルの
曲げ変形による高圧空気漏れ量の増大及びこれによる熱
交換器の性能低下の発生を防止するとともに、セル連結
部の曲げ破壊の発生を防止してコアの耐久性を向上せし
めることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するため、セルの平面形状即ちセルを両端固定ばりに
置換したときのはりの形状を曲げ応力が極大となる部位
において高剛性になるような形状に構成してセルの曲げ
変形及び連結部の曲げ応力を抑制している。
決するため、セルの平面形状即ちセルを両端固定ばりに
置換したときのはりの形状を曲げ応力が極大となる部位
において高剛性になるような形状に構成してセルの曲げ
変形及び連結部の曲げ応力を抑制している。
【００１４】即ち本発明によれば、ハニカム状に連結さ
れたセルを、その中央部及び両端連結部が他の部位より
も肉厚になるようなウエイビーセルに構成したことを特
徴としている。
れたセルを、その中央部及び両端連結部が他の部位より
も肉厚になるようなウエイビーセルに構成したことを特
徴としている。
【００１５】
【作用】コア用のセルの荷重系は、両端支持ばりに等分
布荷重が加わる系となることから、セルの中央部と両端
連結部とに極大曲げ応力が発生する。
布荷重が加わる系となることから、セルの中央部と両端
連結部とに極大曲げ応力が発生する。
【００１６】本発明においては、セルの中央部及び両端
連結部を他の部位よりも厚肉に形成したので、端部の曲
げ剛性が増加し応力が低下せしめられる。従ってセル中
央部の曲げ変形が減少し、これにつながるコア端面のシ
ール不良による高圧空気漏れ量の増加が防止されるとと
もに、連結部の曲げ強度が増大し、コアの耐久性が向上
する。
連結部を他の部位よりも厚肉に形成したので、端部の曲
げ剛性が増加し応力が低下せしめられる。従ってセル中
央部の曲げ変形が減少し、これにつながるコア端面のシ
ール不良による高圧空気漏れ量の増加が防止されるとと
もに、連結部の曲げ強度が増大し、コアの耐久性が向上
する。
【００１７】実施例１ 以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく
説明する。但し、この実施例に記載されている構造部品
の寸法、材質、形状その相対位置などは特に特例的な記
載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨でなく単なる説明例に過ぎない。
説明する。但し、この実施例に記載されている構造部品
の寸法、材質、形状その相対位置などは特に特例的な記
載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨でなく単なる説明例に過ぎない。
【００１８】図１には本発明の実施例に係るガスタービ
ン用回転蓄熱式熱交換器の構成図が示され、図２には前
記熱交換器用コアの外観図が示されているが、かかる熱
交換器及びコアの構成及び機能は前記〔従来の技術〕に
説明した通りである。
ン用回転蓄熱式熱交換器の構成図が示され、図２には前
記熱交換器用コアの外観図が示されているが、かかる熱
交換器及びコアの構成及び機能は前記〔従来の技術〕に
説明した通りである。
【００１９】本発明は前記コアを構成するセルの構造に
係るものであり、図３に本発明の実施例に係るコアのセ
ル部の平面図を示す。
係るものであり、図３に本発明の実施例に係るコアのセ
ル部の平面図を示す。
【００２０】図３において１２はコアの熱交換エレメン
トであり、該エレメント１２はコージェライト（ＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）等の耐熱性、高温時の耐摩耗
性大なる材料からなるセル２３をハニカム状に連結して
構成される。
トであり、該エレメント１２はコージェライト（ＭｇＯ
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）等の耐熱性、高温時の耐摩耗
性大なる材料からなるセル２３をハニカム状に連結して
構成される。
【００２１】前記各セル２３は、図３に示すように、中
央部２３ａをこれの両側部から連続的に厚肉になるよう
に形成するとともに、その両端連結部２３ｂも厚肉で、
かつ半径Ｒを附して滑らかに相手壁部に接続している。
２４は該セル２３により区画形成される熱交換ガス流過
用の細孔である。
央部２３ａをこれの両側部から連続的に厚肉になるよう
に形成するとともに、その両端連結部２３ｂも厚肉で、
かつ半径Ｒを附して滑らかに相手壁部に接続している。
２４は該セル２３により区画形成される熱交換ガス流過
用の細孔である。
【００２２】前記コア１は、通常金型による押し出し成
形により製作されるが、この押し出し成形の際、セル２
３用材料であるセラミックスの泥漿の金型内での流れが
不均一になるとコア１の材質にばらつきが生じて品質の
一様性が喪失される。
形により製作されるが、この押し出し成形の際、セル２
３用材料であるセラミックスの泥漿の金型内での流れが
不均一になるとコア１の材質にばらつきが生じて品質の
一様性が喪失される。
【００２３】従って、金型の形状面から、前記セラミッ
クスの泥漿の流路断面形状（肉厚）に大きな差をつける
のは前記流れを不均一にする。このため、セル２３の壁
厚の差を小さく保持しつつ、曲げ応力の極大値を低下せ
しめることが要求される。
クスの泥漿の流路断面形状（肉厚）に大きな差をつける
のは前記流れを不均一にする。このため、セル２３の壁
厚の差を小さく保持しつつ、曲げ応力の極大値を低下せ
しめることが要求される。
【００２４】図３に示される上記実施例においては、中
央部（細孔２４の幅ａの１／２の部位）２３ａの厚肉部
の厚さｔ1 を、中央部両側の薄肉部の厚さｔｃの１．３
倍即ち、ｔ1 ＝１．３ｔｃ程度を選定したウエイビー形
セルに構成する。
央部（細孔２４の幅ａの１／２の部位）２３ａの厚肉部
の厚さｔ1 を、中央部両側の薄肉部の厚さｔｃの１．３
倍即ち、ｔ1 ＝１．３ｔｃ程度を選定したウエイビー形
セルに構成する。
【００２５】また、連結部２３ｂの半径Ｒは該部の応力
集中を防止する面では大きく採ることが望ましいが、前
記コア１の成形時における制限からセル２３の肉厚に大
きな差が出ない範囲で設定する。
集中を防止する面では大きく採ることが望ましいが、前
記コア１の成形時における制限からセル２３の肉厚に大
きな差が出ない範囲で設定する。
【００２６】セル２３の厚さを前記のように構成するこ
とにより、中央部２３ａの曲げ応力による曲げ変形及び
連結部２３ｂの曲げ応力の低下が得られる。以下、曲げ
応力の低下量を算出してみる。
とにより、中央部２３ａの曲げ応力による曲げ変形及び
連結部２３ｂの曲げ応力の低下が得られる。以下、曲げ
応力の低下量を算出してみる。
【００２７】セル２３部の荷重附与構成は両端固定ばり
に置換できるので、曲げ応力σb は、
に置換できるので、曲げ応力σb は、
【００２８】
【数１】
【００２９】ここでａ＝セル２３の長さ、ｗ＝セルに作
用するせん断荷重、ｔ＝セルの肉厚でる。
用するせん断荷重、ｔ＝セルの肉厚でる。
【００３０】コア１が曲げ変形（チッピング）を起こさ
ないための限界曲げ応力をσbc、このときのセル２３の
最小肉厚をｔｃとすると、ａ及びｗは一定であるから
ないための限界曲げ応力をσbc、このときのセル２３の
最小肉厚をｔｃとすると、ａ及びｗは一定であるから
【００３１】
【数２】
【００３２】従ってσb とσbcとを応力比で示すと次の
ようになる。
ようになる。
【００３３】
【数３】
【００３４】今、ａ＝１ｍｍ，ｔｃ＝０．１ｍｍのと
き、 ｔ＝０．０５ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝４．４
６ ｔ＝０．１０ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝１．０
０ ｔ＝０．１３ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝０．５
５ となり、セル２３の厚さを増すに従い応力降下は大きく
なる。
き、 ｔ＝０．０５ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝４．４
６ ｔ＝０．１０ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝１．０
０ ｔ＝０．１３ｍｍのときの応力比 σb ／σbc＝０．５
５ となり、セル２３の厚さを増すに従い応力降下は大きく
なる。
【００３５】即ち、セル２３の厚さｔ1 を１．３倍（３
０％増加）とすれば、最大曲げ応力は０．５５倍と、４
５％低減されることとなる。かかる肉厚の増加量は、金
型中のセラミックス泥漿の流れの均一性を保持できる範
囲の肉厚の増加量であり、セル２３の品質も充分に保持
できる。
０％増加）とすれば、最大曲げ応力は０．５５倍と、４
５％低減されることとなる。かかる肉厚の増加量は、金
型中のセラミックス泥漿の流れの均一性を保持できる範
囲の肉厚の増加量であり、セル２３の品質も充分に保持
できる。
【００３６】図４に本発明の実施例に係るセルと従来の
セルとの曲げ応力分布の比較を示す。図４の（Ａ）は本
発明のもの、図４の（Ｂ）は従来のもの（セル厚さが一
定のもの）であり、図から明らかなように、本発明のセ
ルの曲げ応力分布は従来のものよりも平準化しており、
曲げ応力の値も小さい。
セルとの曲げ応力分布の比較を示す。図４の（Ａ）は本
発明のもの、図４の（Ｂ）は従来のもの（セル厚さが一
定のもの）であり、図から明らかなように、本発明のセ
ルの曲げ応力分布は従来のものよりも平準化しており、
曲げ応力の値も小さい。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、セルの中
央部及び両端連結部を他の部位よりも厚肉に形成したの
で、セル部中央部の曲げ剛性が増加して該部の局部荷重
による曲げ変形が減少し、これにつながるコア端面のシ
ール不良による高圧空気漏れ量の増加が阻止され、熱交
換器性能の低下が防止される。
央部及び両端連結部を他の部位よりも厚肉に形成したの
で、セル部中央部の曲げ剛性が増加して該部の局部荷重
による曲げ変形が減少し、これにつながるコア端面のシ
ール不良による高圧空気漏れ量の増加が阻止され、熱交
換器性能の低下が防止される。
【００３８】また、最大応力点である連結部の曲げ応力
が低減され該部の応力過大による破損の発生も防止さ
れ、耐久性の大なるコアを提供することができる。
が低減され該部の応力過大による破損の発生も防止さ
れ、耐久性の大なるコアを提供することができる。
【図１】回転蓄熱式熱交換器の要部構成図。
【図２】前記熱交換器用コアの外観斜視図。
【図３】本発明の実施例に係るセルの平面拡大図。
【図４】セルの曲げ応力比較図。
【図５】従来のセルの平面拡大図。
１ コア ２ インナシール ３ アウタシール １２ 熱交換エレメント ２３ セル ２３ａ セルの中央部 ２３ｂ セルの連結部 ２４ 細孔
Claims (1)
- 【請求項１】 ハウジングに支承された支軸廻りに回転
駆動され両端面間を連通する細流路を有する円柱状のコ
アと、 前記コアの両端面に摺接して高圧ガスと低圧ガスとの流
路域を区画するシール部材とを備えた回転蓄熱式熱交換
器において、 前記コアは、ハニカム状に連結されたセルを、その中央
部及び連結部が他の部位よりも厚肉に形成されたウエイ
ビーセルに構成してなることを特徴とする回転蓄熱式熱
交換器用コアの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16740794A JPH0814782A (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 回転蓄熱式熱交換器用コアの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16740794A JPH0814782A (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 回転蓄熱式熱交換器用コアの構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814782A true JPH0814782A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15849127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16740794A Withdrawn JPH0814782A (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 回転蓄熱式熱交換器用コアの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814782A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998005602A1 (fr) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Denso Corporation | Ceramique nid d'abeille et procede de fabrication |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP16740794A patent/JPH0814782A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998005602A1 (fr) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Denso Corporation | Ceramique nid d'abeille et procede de fabrication |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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