JPH0619981Y2 - 回転蓄熱式熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、回転蓄熱式熱交換器に関し、特にシール部材
の加熱を抑制する遮熱板を高温流体流路側に有する回転
蓄熱式熱交換器に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の回転蓄熱式熱交換器としては、例えば第
７図に示すようなものがある。（実開昭６３−２３５７
２号公報等参照）。

図において、１は内部に熱交換に関与する複数の流体が
それぞれ流通する軸線方向の流路を備えた円筒状のコア
である。このコア１の外周にはコアを軸の周りに回転さ
せるために使用されるリングギヤ２が装着されている。

３は前記複数の流体を絶縁隔離するシール部材である。

シール部材３の高温流体通路５側内周面から若干の空隙
部を設けて遮熱板４が同心状に立設されている。

又シール部材３には空隙部６と低温流体通路７側とを連
通する連通路８が設けられ、更にコア１と摺動するシー
ル摺動体９が設けられている。なお１０はハウジングで
ある。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の遮熱板４を有する回転
蓄熱式熱交換器にあつては、空隙部６を挾んでシール摺
動体９及びシール部材３と遮熱板４とが向い合つている
ため、シール摺動体９とシール部材３とが、高温赤熱す
る遮熱板４からの輻射にさらされる。このために、シー
ル摺動部材９が使用できる温度まで冷却できない場合が
あるという問題点があつた。

特に遮熱板４が赤熱する温度以上になると輻射によるシ
ール摺動部材９とシール部材３との加熱は非常に大きく
なるが、近時、ガスタービンエンジンの高効率化のため
サイクル最高温度は上昇傾向にあり、熱交換器の高温流
体温度は高くなる一方である。このため遮熱板４の温度
は益々高くなる傾向にありシール摺動体等が熱せられる
恐れは益々高まつている。

本考案は、このような従来の問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、輻射によるシール摺
動体の加熱を大巾に低減した遮熱板を提供しようとする
ところにある。

（課題を解決するための手段） このため本考案は、内部に熱交換に関与する複数の流体
が、それぞれ流通する軸線方向の流路を備えた円筒状の
コアと、このコアを回転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装置と、この
シール装置の高温流体通路側内周面から若干の空隙部を
設けて同心円状に立設した遮熱板と、この遮熱板の高温
流体通路側内側面に設けられた低熱伝導率部材層と、前
記遮熱板の前記シール装置と向かい合う外周面に設けら
れた低輻射率部材層とを有することを特徴としている。

（作用） 高温流体通路を流れる高温流体の熱は、低熱伝導率部材
層（断熱層）があるため遮熱板への伝熱は減少する。

更に低輻射部材層が設けられているので遮熱板からの輻
射は著しく低減されるのでシール摺動体やシール部材等
よりなるシール装置の加熱は大巾に減少する。

（実施例） 以下、本考案を図面に基づいて説明する。第１図は、本
考案の一実施例を示す図である。

まず構成を説明する。なお従来例と同一の構成部分には
同一の符号を付してその説明を省略する。

遮熱板４の高温流体通路５に面した内周面には、厚さｌ
の低熱伝導率部材層１１が設けられ、シール摺動部材９
とシール部材３とに面した外周面には低輻射率部材層１
２が設けられている。

次に作用を説明する。先ず、低熱伝導率部材層１１を設
けた効果について考察する。第２図は、遮熱板４に、１
８−８ステンレス（熱伝導率λ＝0.035cal/cm・sec℃）
を使用し、低熱伝導率部材層１１の材料としてジルコニ
ア（熱伝導率λ＝0.005cal/cm・sec℃）を使用して厚さ
(l)２mmの低熱伝導率部材層１１を設けた場合の高温流
体温度（Ｔ_７）と遮熱板４の温度（Ｔ₂₁）との関係（図
中点線で示す）を、低熱伝導率部材層１１を設けない場
合（図中実線で示す）と比較して図示したものである。

低熱伝導率部材層１１を設けたものは遮熱板４の温度
（Ｔ₂₁）は高温流体温度（Ｔ_７）が1000℃のときに約１
５℃低下している。

低熱伝導率部材層１１の有り・無しのときの輻射エネル
ギー(E)を、高温流体温度（Ｔ_７）と輻射エネルギー(E)
との関係を図示した第３図によつて比較すると、高温流
体温度（Ｔ_７）が1000℃のときに低熱伝導率部材層１１
を設けると無しのときに対して輻射エネルギーは、ステ
ンレス鋼の輻射率εは５００℃以上で0.7〜0.9程度であ
るので、0.8とすると、約８％低下している。

次に、低熱伝導率部材層１１を設けるとともに低輻射率
部材層１２を設けた場合について考察する。

低輻射率部材層１２としてNi層を設けた場合は第３図に
一点鎖線で図示した如く、輻射率εは約0.4となるた
め、高温流体温度（Ｔ_７）1000℃のとき低熱伝導率部材
層１１を設けた場合（第３図中点線で示す）に比較して
輻射エネルギー(E)は約５０％低下しており、低熱伝導
率層１１を設けない場合（第３図中実線で示す）と比較
すると約５５％低下できることとなる。

なお低熱伝導率部材層１１としてはジルコニアの溶射等
が最も一般的でかつ効果も大きい。

又低輻射率部材層１２としては、遮熱板４の温度が６５
０℃以下であれば輻射率εが0.1〜0.2と非常に小さいア
ルミ等が使用でき、６５０℃を越えるようであれば輻射
率εが0.4であるNi等を使用することが好ましい。

輻射エネルギーＥはＥ＝ε×4.88×(T₂₁/100)⁴で表わさ
れ遮熱板４の温度の４乗に比例するので、たとえ低熱伝
導率部材層１１による遮熱板４の温度低下効果が１０数
度と小さくとも輻射エネルギー(E)の低減効果は大き
い。

又本考案によれば遮熱板４の輻射によるシール部の加熱
が大巾に減少するので、シール部としてシール部材３に
低温流体通路７の気体を高温気体通路５とを連通する連
通路８を有するものに限られず、柔軟な箔体を介してセ
ラミツクス製シール部材をケーシングに気密に結合した
シール装置でも良い。

第４図及び第５図はこの様なシール装置に本考案を適用
した場合の例を示した図である。ケーシング１３にボル
ト１４によつて固設されたフランジ１５とコア１と摺接
するセラミツク製シール部材１６は柔軟な箔体１７の周
端部と段付部１８で気密に連結され、箔体の他周端部は
フランジの段付部１９と気密に連結されている。

なお第５図の例においては、シール部材１６に突起部２
０を設ける一方フランジ１５に突起部２０と係合し、該
突起部２０が半径方向に移動可能な穴２１が設けられて
いる。

第６図にはシール装置の他の例を示す。この例は箔体１
７を直接セラミツク製シール部材１６にロー付け接合等
を行うのが困難な場合に、ある程度剛性を有する金属リ
ング２２をシール部材１６にロー付け接合した後に、こ
の金属リング２２とフランジ１５とを箔体１７で気密に
連結したものである。なお、この例では金属リング２２
にフランジ１５に突設した突起２３が半径方向に移動可
能に係合する長孔２４が設けられている。

（考案の効果） 以上説明してきたように、本考案は構成されているの
で、以下に記載する効果を奏する。

遮熱板の輻射によるシール摺動体やシール部材の加熱を
著しく低減することができ、信頼が著しく向上する。

更にガスタービンの熱効率向上のため、サイクル温度の
上昇が望まれているが、シール部が高温とならないので
サイクル温度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す要部断面図、第２図及
び第３図は本考案の効果を示したもので、第２図は高温
流体温度と遮熱板温度との関係を示す図、第３図は高温
流体温度と輻射エネルギーとの関係を示す図、第４図乃
至第６図は箔体を使用したシール装置に本考案を適用し
た場合の例を示した断面図、第７図は従来例を示す要部
断面図である。 １……コア、３……シール部材、４……遮熱板、５……
高温流体通路、６……空隙部、９……シール摺動体、１
１……低熱伝導率部材層、１２……低輻射率部材層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に熱交換に関与する複数の流体がそれ
   ぞれ流通する軸線方向の流路を備えた円筒状のコアと、 該コアを回転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装置と、 該シール装置の高温流体通路側内周面から若干の空隙部
   を設けて同心円状に立設した遮熱板と、を設けた回転蓄
   熱式熱交換器において、 前記遮熱板の高温流体通路側内周面に設けられた低熱伝
   導率部材層と、 前記遮熱板の前記シール装置と向かい合う外周面に設け
   られた低輻射率部材層と、 を有することを特徴とする回転蓄熱式熱交換器。