JPS6124635B2

JPS6124635B2 -

Info

Publication number: JPS6124635B2
Application number: JP53152123A
Authority: JP
Inventors: Daaga Nagesuoo Rao Bui
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-11
Publication date: 1986-06-11
Also published as: CA1112234A; JPS5489357A; US4148354A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガスタービン機関のような外燃機関
に使用される型式の回転式熱交換器に係り、ここ
で機関排ガスから熱が回収されて吸込ガスに伝達
されその温度を高くししたがつて機関バーナーの
燃焼効率を改善する。ガラスセラミツクス材料
（2Mg0・2Al₂0₃・5SiO₂）で円柱状に作られた熱交
換器コアは運転中中心軸線まわりに回転自在であ
る。このコアはリング歯車に取囲まれ、リング歯
車は、熱交換器に駆動を与え、かつエラストーマ
ー材料により該コアに降伏自在に連結される。

リング歯車は鋼製であり、その熱膨脹率はガラ
スセラミツクのコアのそれて著しく異なる。エラ
ストーマー材料は、コアとリング歯車の組立加工
中は勿論熱交換器操作中に生ずる膨脹率の差によ
る動きを受入れる。コアに対するリング歯車の順
応性を増す対策がなされ、この順応性は、リング
歯車とコアとの間に生ずる半径方向の力によりコ
アの材料が破壊される好ましくはない傾向がある
のを防止する。この順応性は、エラストーマー材
料によるリングによるリング歯車とコアとの間に
おける接線方向の力の伝達能力を殆ど低減させず
に与えられる。

膨脹中コアに対するリング歯車の順応性は、エ
ラストーマー内部に要所要所に空洞を設けること
によつて得られ、これらの空洞は接線方向は勿論
半径方向の順応性を可能を可能にする。リング歯
車が異なる熱膨脹率によりコアに相対的に半径方
向に変位するとき、またリング歯車が伝達された
駆動力をうけて接線方向にコアに対して変位する
とき、コアのガラスセラミツク中の過度の応力が
排除されてコアの破壊が回避される。

次に図面について本発明の実施例を説明する。

第１図に、従来技術による熱交換器コア及びリ
ング歯車の構造が示される。この組立は、軸線１
２のまわりに回転する円柱状のガラス結晶熱交換
器コア１０を含む。コア周縁１４は駆動リング１
６に取囲まれ、このリング上にリング歯車の歯１
８が形成される。エラストーマー２０は駆動リン
グ１６と周縁１４との間に置かれる。エラストー
マーはダウコーニングの95―077GAかシラスチツ
ク（Silastic）GAのような市販の樹脂から成る。
樹脂は、オウエンスコーニングの第497号のよう
なガラス繊維で大体6.3mm位の長さに切られたも
のと混ぜ合わされる。ガラス繊維は、Ｑ―36―
061のような被覆剤の中に漬けて約10時間静止空
気中に乾かして被覆される。次にこの被覆つき繊
維は酸化亜沿及びカーボンブラツクと混合され、
さらに約15分間低エネルギ混和機中で上記樹脂と
混和される。その後、混合物は空気に触れずに一
様な組成を有するべきである。混合物は冷たいと
ころに気密な容器中に貯えられるが、６ケ月より
長く貯蔵されてはならない。

この混合物に硬合物に硬化剤が加えられて15分
間最少の空気を通して混和機中で混和され、著し
い温度上昇のないようにする。要すれば、外部冷
却により温度上昇を避ける。この混和されたエラ
ストーマーは約45分から１時間の間真空にさらさ
れて脱ガスされ、次に適当な噴射ノズル中に詰め
込まれる用意をされる。この目的のため、空気式
かしめ銃を使用してもよい。所望により、熱交換
器の縁は、ダイアモンド切断輪を用いて周縁部の
応力状態部分を切断して応力を除去される。この
操作は冷却剤なしに行われ、みぞ孔はろ過されて
油分のない圧縮空気を吹き通して完全に清浄にさ
れるべきである。次にみぞ孔は適当な充填剤で充
填され熱交換器の縁に弛緩した材料の部分がない
ようにする。縁の外径部はカーボランダムQF180
セラミツクセメントで被覆される。

ダウコーニングのＱ―35―061のような被覆剤
をトリクロロエチレンで稀釈したものを柔い毛の
ブラシで外径表面に塗る。この被覆剤は少くとも
１時間室温で乾燥される。歯車は、清浄に拭か
れ、脱グリースされ、平たい炉の上で循環空気中
に約315.6℃（600〓）に徐々に加熱され、この温
度に少くとも１時間保持されて吸収ガスを歯車表
面から追い出しかつ加工応力を除去する。歯車の
内径面はブラシで清浄にされた酸化物を除かれ、
次にイソプロピルアルコールで洗滌され、ろ過さ
れて油分のない圧縮空気で乾燥される。

一部脱グリースの歯車は新しい金属面を露出さ
せるべく砂吹きされる。

上記の被覆剤は次いで歯車内径面に塗られ、歯
車は第９図に示されるような取付具の中に据つけ
られる。

第９図で、歯車２２の内径部とコア２４の周縁
との間にエラストーマー２６が置かれる。環状の
リング歯車支え２８は歯車２２を支持し、対応す
る支え３０はコア２４を支持する。適当な調節装
置３２はコアに対する歯車２２の位置を調節す
る。対応するねじつきコア調節装置３４はコアを
適切に位置づける。歯車とコアとがこのように取
つけられると、コアとリング歯車との間に環状空
隙が生じてそこにエラストーマーが入るれるよう
になる。支え２８の底と熱交換器外径部とはアス
ベストのリング３６で密封遮断されてエラストー
マーの漏れを防止する。

取付具は、コアに対しては勿論支え面４０に対
して歯車の半径方向の伸びを受け入れるようにな
つている。エラストーマーはノズルで環状空隙中
に射入され、エラストーマーは層状に加えられ、
これら層は最少の空気を包みながら徐々に形成さ
れる。第２図に４２で示すようなスポンジインサ
ートを適量のエラトーマー射入後に環状空隙中に
挿入する。エラストーマー射入後、歯車は誘導電
気炉４４を使用して15分乃至２分の間約2322℃
（450〓）の温度で迅速に加熱され、これにより歯
車は膨脹してエラストーマーがなお室温にある間
に安定にされる。歯車が膨脹してエラストーマー
のレベルが下がるときは、さらに充分のエラスト
ーマーを射入する。

歯車は約2322℃の温度で全体で20分間保持さ
れ、次いで誘導コイルは切られる。この時間の終
りになると、エラストーマーは充分に硬化してコ
アと歯車とエラストーマーとの組立体を取付具か
ら取出せる程になり、冷却することができる。そ
の後、コアと歯車とエラストーマーとの組立体
は、エラストーマーの後硬化のために炉内に入ら
れる。この後硬化は、エラストーマーを空気循環
の炉内で0.5時間乃至１時間約204.4℃（400〓）
に加熱することにより行われ、空気冷却の後少く
とも３時間後硬化される。約0.127mmの厚さのポ
リ塩化ビニルの膜が、第９図に示されるように、
リング歯車の周縁につけられる。この厚さはセラ
ミツク棒４６で計測される。

スポンジインサート４２があるので、硬化作業
中コアのガラス繊維の応力は低下し、応力は、熱
交換器が使用温度下で作動するときに生ずる差の
膨脹の間は勿論硬化中コアにおけるリング歯車の
異なる膨脹に因るものである。第１図において、
実線で示した位置は室温における歯車及びコアの
正常の位置を表わす。約232.2℃の硬化温度中リ
ング歯車の内径は一点鎖線４８で示す位置に移
る。一点鎖線５０は歯車の外部を表わす。コアと
歯車とエラストーマーとの組立体が炉内に入られ
てエラストーマーが204.4℃で後硬化されるとき
リング歯車の内径及び外径の位置はそれぞれ５
２，５４で示される。この温度は熱交換器が使用
されるときの操作温度に近いものである。

第３図に、軸線方向に円筒状孔５６をもつエラ
ストーマーが示され、これらの孔はエラストーマ
ーとセラミツク熱交換器周縁との接着中間面に操
近して接線方間の間隔をもつて配列されている。
第２の群の軸線方向に置かれた円筒状孔５８はエ
ラストーマーとリング歯車内径との接着中間面に
近く各対の孔５６の間に置かれる。これらの孔は
第９Ａ図に示されるような取付具で形成され、こ
の取付具は第９図に示される取付具と一諸に使用
される。第９Ａ図の取付具は支え板６０孔とから
成り、これらの孔を通つてテフロン被覆のセラミ
ツク棒６２が置かれる。支え板は、セラミツクコ
アの外表面に対し平行に取つけられ、適当な高さ
調節ねじ６４を中心軸線に具える。支え板は軸６
６に支持され、軸はコア中心を通つて伸びてい
る。

セラミツク棒はエラストーマーの処理前にコア
とリング歯車との間の環状空隙中に置かれ、エラ
ストーマーの硬化後に孔５６，５８を形成する。
この棒のテフロン緋覆は硬化後に棒を引抜くこと
を可能にする。孔５６。５８と第３図に示される
分布パターンとの結果として、コア及びリング歯
車の異なる熱膨脹率の因る機械的応力は著しく低
下して、この低下した応力はコア周縁に亘つて一
様に分布される。然し、エラストーマーはコア周
縁面及びリング歯車内周面に対する接着作用の結
果としてリング歯車とコアとの間から駆動トルク
を分配することができる。

第３図の構造の変形例が第４図に示され、この
場合孔の横断面は円形よりむしろ半円形である。
このため、エラストーマー及びコア面間の接着と
エラストーマー及び歯車面間の接着は低下するけ
れども、クツシヨン作用は加重される。

第３Ｂ図は熱交換器リング・コアの組立が室温
に冷却された後のエラストーマー６２の位置を示
す。通路５６，５８はつぶれて大体図示されるよ
うな形状になる。リング歯車とコアとの間に直接
半径方向の力を伝える路はない。伝えられる力が
あるとすれば、その力は半径方向よりむしろ斜め
方向に伝えられる。

第４Ａ図に、エラストーマー及びリング歯車間
の接着中間面における軸線方向の孔６４と、エラ
ストーマー及びコア間の接着中間面における６６
とが示される。この孔６４，６６の元の位置は第
４図に示される。第４Ａ図に示した形状は熱交換
器リング及びコアの冷却後に生じたものである。
この場合も、力はコアとリング歯車との間に半径
方向によりむしろ斜め方向に伝えられる。したが
つて、コアのセラミツク繊維に生じた応力は低
い。

熱交換器のエラストーマーリングの他の図形も
使用され、その一例が第５図に示され、この場合
孔６８は概ね台形である。各孔は相手の孔６８′
を有し、この位置６８の位置に対して倒立され、
これにより熱交換器リングをコアとの間に横片寄
り部分７０が生じ、ここを横切つて力が分配され
る。

第６図に、もう１つの変形例が示され、この場
合エラストーマーリング７４に一連の三角形状の
孔７２が含まれ、これら孔は、該リングのコア側
に接近して置かれた一連の孔７６に隣接した関係
で互に並置されている。孔７２はリング歯車部分
に接近して置かれる。第６図に示されるベクトル
は、リング歯車とコアとの間の力の分布方向を示
す。例えば、ベクトル７８，８０はそれぞれ斜め
の成分８２，８４中に分布される。コア及びエラ
ストーマー間の接着中間面における力に対する対
応ベクトルは８６，８８で示される。

第７図はエラストーマーのリングのもう１つの
変形例を示し、この場合比較的大きい、軸線方向
に置かれた一連の孔９０，９２と、これらの孔の
間に置かれた比較的狭い片寄り部分９４とから成
る。各孔は台形であり、隣接孔は互いに倒立さ
れ、部分９４は室温での硬化後の永久ひずみ変形
され、したがつて片寄り部分は膨脹差の生ずると
き低い力でつぶされるように設計される。この部
分に彎曲９６のあることが注目される。

第８図は、エラストーマーのリングのもう１つ
の変形例で膨脹の生じた際にさらに順応性を増す
ものを示す。このリング９８は三角形の孔１０
０，１０２を含み、これら孔は交互に倒立位置に
コア周縁まわりに置かれ、三角形の半径方向高さ
は該リングの半径方向の厚さより僅かに小さい。

第８Ａ図に示されるエラストーマーリングの構
造では、歯車と該リングとの接着中間面の面積が
１０４で示すように縮小されている。これに対応
するコア側の接着中間面は１０６で示され、これ
も面積が縮小されている。エラストーマーリング
１０８は、室温での硬化操作の後図示されるよう
な変位位置を占める。

エラストーマーリングの、半径方向の力を伝え
る能力及び接線方向のせん断力を働かせる能力
は、第８Ａ図の例では他の例よりも低下する。

第１０図に、孔が軸線方向よりむしろ接線方向
に形成される別の構造を示す。例えば、円筒状の
孔１１０が、エラストーマーリング歯車１１４と
コア１１６との間に形成され、リング歯車に接近
して置かれ、対応して接線方向に置かれる孔１１
８はコアに接して置かれる。孔１１８は１１０の
中間にそしてこの逆にも置かれる。

孔１１０は、リング歯車とコアとの間に環状空
隙にポリ塩化ビニールの筒を挿入して形成さ
れ、、この空隙は第９図の取付具にリング歯車及
びコアを取つてエラストーマー射入の前に生ず
る。該筒は硬化の間第１０Ａ図に示すように収縮
して空洞を残す。筒は直径は第１０図のものより
も小さいが、孔１１０，１１８は或る硬化温度に
対して殆ど同じ大きさである。

第１０Ａ図は、硬化の始まる直前の状態の筒を
示し、かつ硬化終了する後であるが硬化温度がな
お残留する間の組立を示す。組立が室温に冷却さ
れた後、孔１１０，１１８は、リング歯車がコア
に対し半径方向に収縮するので第１０Ｂ図に示さ
れる形状を占める。

エラストーマーリングが１２０，１２２に示さ
れる球形の孔を形成されることも考えられる。こ
れらの孔は、パターンをなしてまた不規則に置か
れ、エラストーマー射入前の前記空隙中にエラス
トーマーの球を挿入して形成される。射入された
エラストーマーはこれらの球を囲み、硬化の前
に、球は第１１図に示される空隙を生ずる。これ
らの球はポリ塩化ビニールのような収縮筒と同じ
材料で形成でき、したがつて後硬化温度で球は第
１１Ａ図に示されるように収縮する。孔１２０，
１２２の存在は第１０図の孔１１０，１１８の存
在と同じ結果を生じ、即ち、リングの順応性は増
し、コアのガラス繊維の応力は低下し、かつ一様
に分布される。

第１２，１２Ａ図に示す例において、エラスト
ーマー材料中に不規則に置かれた多くの球状孔１
２８をもつエラストーマーリング１２６が与えら
れる。孔はエラストーマーの殻体をエラストーマ
ー材料の射入のリング歯車・コア貫の環状空隙中
に導入して形成される。この殻体は、エラストー
マーリングが表面温度において作動するとき第１
２Ａ図に示すように膨脹する。

第１２，１２Ａ図の例と第１０，１０Ａ図の例
の場合、収縮筒またはポリ塩化ビニール殻体より
むしろガラス筒またはガラス球を使用する。エラ
ストーマーの硬化後及び組立が室温に戻つた後、
リング歯車の収縮によりガラス球はこわれて第１
０、第１０Ａ図または第１２，１２Ａ図に示され
るような空洞を残す。

第１３図乃至第１５Ａ図はエラストーマーリン
グの他の実施例を示し、第１３，１３Ａ図におい
て、細長いスポンジが順応性増大のため山形の形
状に配置される。同じ効果が第１４，１４Ａ図に
示す三角形パターンによつて得られ、また第１
５，１５Ａ図に示される枝状パターンによつて得
られる。第１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ図はそれぞれ
第１３，１４，１５図の断面図である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による熱交換器コア・リング
歯車組立の断面図、第２図はスポンジインサート
を用いた熱交換器コア・リング歯車組立の断面
図、第３図はエラストーマーリングの斜視図、第
３Ａ図は第３図の線３Ａ―３Ａに沿つた断面図、
第３Ｂ図は第３Ａ図と同様な図で硬化後の孔の状
態を示したもの、第４図はエラストーマーリング
端面図、第４Ａ図は硬化後の第４図のエラストー
マーリングを示す図、第５図はエラストーマーリ
ングの他の例を示す図、第６図はさらに他の例を
示す図、第７図はエラストーマーリングの他の例
を示す図、第８図はさらに他の例を示す図、第８
Ａ図は圧縮後の第８図リングを示す図、第９図は
組立の加工用取付具を示す図、第９Ａ図は孔の取
付具を示す図、第１０図は接線方向の孔をもつフ
エラストーリングを示す図、第１０Ａ図は硬化後
の第１０図のリングを示す図、第１０Ｂ図は室温
に戻つた後の第１０図のリングを示す図、第１１
図は球形孔をもつエラストーマーリングを示す
図、第１１Ａ図は硬化後の第１１図の孔を示す
図、第１２図はエラストーマー殻体で形成された
球形孔をもつエラストーマーを示す図、第１２Ａ
図は膨脹した第１２図の殻体を示す図、第１２Ｂ
図、第１２Ｂ図は１２Ａ図の一部の拡大図、第１
３図はスポンジクツシヨンの構造を示す図、第１
３Ａ図はその断面図、第１４図は該構造の別の例
を示す図、第１４Ａ図はその断面図、第１５図は
さらに別の例を示す図、第１５Ａ図はその断面図
である。１０，２４…熱交換器コア；１６…駆動リン
グ；１８…リング歯車の歯；２０…エラストーマ
ー；２２…リング歯車；２６…エラストーマー；
５６，５８…孔；６４，６６…孔；７２，７６…
孔；７４，９８…エラストーマーリング；１０
０，１０２…孔；１０４…エラストーマーリン
グ；１１０，１１８，１２０，１２２…孔。

Claims

【特許請求の範囲】１軸線方向の流路を内部にもつ円形の熱交換器
コアと、該コアを取囲む熱交換器リングと、該リ
ングに担持された歯車と、該熱交換器コアの外周
縁と該熱交換器リングの内周縁との間に配置され
ていて該ングを該コアに接着コアに接着させ且つ
該リングと該コアの間に力を伝達させるエラスト
ーマーリングとから成り、該エラストーマーリン
グは要所要所に空洞を有しこれにより該リングが
異なる熱膨脹率のため該コアに相対的に働く際該
コアに対する該リングの順応性を増大することを
特徴とする回転式熱交換器。２空洞が、コア周縁を取巻いて接線方向に置か
れた孔である特許請求の範囲第１項記載の回転式
熱交換器。３空洞が、柔難なスポンジ材料で充填されてい
る特許請求の範囲第１項記載の回転式熱交換器。４空洞が、エラストーマーリングの中に分散さ
れた球の形状である特許請求の範囲第１項記載の
回転式熱交換器。５空洞が、コア周縁を囲んで軸線方向に置かれ
た孔である特許請求の範囲第１項記載の回転式熱
交換器。６空洞が、軸線方向に置かれ、されに異なる熱
膨脹率によるリングコアの相対的運動の際降伏す
る斜めの力伝達の交差部材と共に幾何学的パター
ンを形成する特許請求の範囲第１項記載の回転式
熱交換器。