JPS6311499Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、ガスタービンエンジン等に用いら
れる回転蓄熱式熱交換器の高温シール摺動装置に
関する。

近年、ガスタービンエンジンの高効率化を狙つ
たサイクル最高温度の高温化（1300〜1400℃以
上）に伴い、熱交換器入口の温度も1000〜1200℃
と高温化するようになつたが、このような高温ガ
スのシールに適当な材料や技術は未だ未開発の状
態にあり、その開発が強く要望されていた。

第１図は回転蓄熱式熱交換器を概念的に示すも
ので、回転軸Ｘ方向に多数のハニカム様の流路１
ａを有するコア１が、一体的に固設されたリング
ギア２を介して図示しない駆動装置により外部か
ら駆動されて回転し、高温ガス流路３から流入し
た高温ガスはコア１の流路１ａを矢示Ａ方向に通
過して排気ダクト４に流出する。

一方、低温ガス流路５の低温ガスもコア１の流
路１ａを矢示Ｂ方向に通過して加熱ガス流路６に
流出するが、その途中で高温ガスによつて加熱さ
れたコア１により熱を与えられる。

また、コア１の両側面には、リング部分７ａと
横リブ状部分７ｂとによつて構成されたシール部
材７および半リング状のシール部材８が接触摺動
して高温ガス流と低温ガス流を隔離している。な
お、９は回転蓄熱式熱交換器のケーシングであ
る。

このような構成からなる回転蓄熱式熱交換器に
おいて、高温ガスが流入する側は、熱交換により
高温となつた低温ガスの排出側でもあるので、高
温側シール部材７は低温側シール部材８に比して
著しく高温になる。したがつて、低温シール側に
用いられているカーボングラフアイト，カーボン
含有金属等の摩擦係数が0.1〜0.3と小さい摺動
性、耐摩耗性に優れた摺動材は耐熱性が最高400
℃と低いので高温側シール部材としては使用する
ことができない。

従来、このような高温部分に一般に用いられて
いる高温シール装置しては、ケーシングに金属性
の母材を固設し、この高温シール母材に酸化ニツ
ケル、弗化カルシウム等のシール部材を溶射等に
よつてコーテイングしてこのシール部材をコア１
に摺接せしめるか、ケーシングに金属性のホルダ
を固設し、このホルダにシール部材を挿入固着
し、このシール部材をコア１に摺接せしめるかの
いずれかの方法がとられていた。

しかしながら、いずれも金属母材にシール部材
を固着した構造で、かつシール部材そのものの材
質も耐熱性および耐摩耗性に乏しいので、高温ガ
スの入口温度が上昇すると金属母材が変形し、シ
ール部材の平面度が損なわれてシール機能を失つ
たり、シール部材が金属母材から剥離するおそれ
があると共に、シール部材自身の摩耗も著しい等
の欠点があつた。

また、このような欠点を解決するため、シール
部材として耐熱性及び耐摩耗性に優れたフアイン
セラミツクス等を使用した場合は、フアインセラ
ミツクスの硬度がきわめて高いため、コアの摩耗
が著しく大きくなつて使用に耐ない難点があつ
た。

この点を改良するため、本出願人はさきに特願
昭56−113039号（特開昭58−16188号公報参照）
として、高温ガス流入側のシール部材が接触摺動
するコアのリング状周端面にシール部材と同等の
耐熱性および耐摩耗性を有するリング状部材を埋
設した回転蓄熱式熱交換器を出願した。

その大略を第２図を参照して簡単に説明する
と、高温側のシール７を、例えばSiC，Si₃N₄等
のフアインセラミツクスで形成し、このシール部
材７の摺接面７ｃに対向するコア１の周端面に溝
１ｂを設け、この溝１ｂにシール部材７と同等の
耐熱性および耐摩耗性を有するフアインセラミツ
クスからなるリング状部材１０を埋設し、コア１
の高温側端面とリング状部材１０の摺接面とを同
一面にしている。したがつて、高温シール摺動部
はフアインセラミツクス同志の共摺動となつてい
る。

しかしながら、この先願にかかるものは、耐熱
性、耐摩耗性には優れているが、耐熱性に優れた
シール部材で摩擦係数の小さい材料が見当らない
現状であり、フアインセラミツクス同志の摺動で
は摩擦係数が0.5〜0.8と大きいので、摺動抵抗が
大きくなり、コアの駆動馬力が大きくなると共
に、コアの耐久性を損つたりする恐れがあるとい
う問題点があつた。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
耐熱性，耐摩耗性に優れ、かつ摺動抵抗の小さい
回転蓄熱式熱交換器の高温シール摺動装置を提供
することを目的とするものである。

そのため、この考案による高温シール摺動装置
は、シール摺動部材とシール材摺動材とに２分割
し、高温ガス流路側に耐熱性に優れた易摩耗性の
窒化ボロンを主成分とするシール材を、その外側
低温ガス通路側に耐摩耗性に優れた摺動材をそれ
ぞれ配設するようにした。

以下、添付図面の第３図および第４図を参照し
てこの考案の実施例を説明するが、第２図と同一
の部分には同一の符号を付してその部分の説明を
省略する。

ケーシング９にリング状のホルダ１１をボルト
等で固設し、このホルダ１１に環状溝１１ａを設
け、環状溝１１ａの内周側に、例えば窒化ボロン
を主成分とする焼結体のような高耐熱性，易摩耗
性の材料でリング状に形成したシール材１２を固
設して、このシール材１２により高温ガス流路３
および熱交換を終えた加熱ガス流路６の一部を形
成するようにすると共に、環状溝１１ａの外周側
に、例えばカーボングラフアイトのような非耐熱
性，耐摩耗性の材料でリング状に形成した摺動材
１３を固設して、その外周面を低温ガス通路１４
に露出させ、高温ガス流路３の外周部を形成する
ケーシング９，ホルダ１１およびシール材１２の
内周面を断熱材１５で被覆する。

この実施例は以上のような構成からなるもの
で、耐熱性と耐摩耗性を必要とする高温シール摺
動部材を、耐熱性に優れたシール材１２と耐摩耗
性に優れた摺動材１３とから構成したので、結果
的に全体として耐熱性，耐摩耗性の優れた高温シ
ール摺動装置を得ることができる。

しかも、シール材１２は耐摩耗性を必要としな
いので易摩耗性の窒化ボロンを主成分とする材質
でよく、摺動材１３は耐熱性を必要としないので
耐熱性の低い材質でよい。

したがつて、高温シール摺動装置の構成部材の
材料選択の幅がきわめて広くなり、生産コストを
低減することができる。

次に、第４図は、この考案の他の実施例を示
し、シール材２２をリング部２２ａとフランジ部
２２ｂとから形成し、そのリング部２２ａと摺動
材２３との間にガス層１６を設けたほかは第３図
に示した実施例と同様である。

この実施例によれば、第３図に示した実施例の
効果に加えて、ガス層１６の熱伝導率が著しく小
さいので断熱効果が大きく、断熱材１５の厚さを
薄くして高温ガス流路３を広くすることができ、
熱交換に寄与する実質的な伝熱面積が大きくなつ
て温度効率を向上させることが可能となる。

以上述べたように、この考案によれば、シール
摺動部材を耐熱性に優れた易摩耗性の窒化ボロン
を主成分とするシール材と耐摩耗性に優れた摺動
材とから構成したので、シール材については耐摩
耗性を、摺動材については耐熱性を特に考慮する
必要はなく、高温シール摺動部材の材料選択範囲
が広くなる。

そして、全体として耐熱性，耐摩耗性に優れる
と共に摺動抵抗の小さい高温シール摺動装置を得
ることができ、コアの耐久性、信頼性を向上し、
さらにコア駆動力を著しく低減させる優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案を適用する回転蓄熱式熱交
換器の構成を概念的に示す断面図、第２図は、先
に出願した回転蓄熱式熱交換器の第１図と同様な
断面図、第３図は、この考案の一実施例を示す要
部断面図、第４図は、この考案の他の実施例を示
す要部断図である。 １……コア、３……高温ガス流路、５……低温
ガス流路、９……ケーシング、１１……ホルダ、
１２，２２……シール材、１３，２３……摺動
材、１４……低温ガス通路、１６……空気層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 内部に熱交換に関与する複数の流体が貫通する
   軸線方向の流路を備えた円筒状のコアと、このコ
   アを円筒軸の周りに回転させる駆動装置と、前記
   複数の流体を絶縁隔離するシール摺動部材とを有
   する回転蓄熱式熱交換器において、 前記シール摺動部材をシール部材と摺動部材と
   に２分割し、高温ガス流路側に耐熱性に優れれた
   易摩耗性の窒化ボロンを主成分とするシール材
   を、その外側の低温ガス通路側に耐摩耗性に優れ
   た摺動材をそれぞれ配設したことを特徴とする回
   転蓄熱式熱交換器の高温シール摺動装置。