JP2556886Y2 - 回転蓄熱式熱交換器のシール装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、回転蓄熱式熱交換器
において蓄熱コアに摺接するシール装置の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】回転蓄熱式熱交換装置は高温ガス流路と
低温ガス流路を近接して配置し、この高温ガス流路と低
温ガス流路の両方にまたがるように円盤状の蓄熱コアを
配置してこの蓄熱コアを回転駆動し、高温ガスで加熱さ
れた蓄熱コアに低温ガスを接触させることにより熱交換
を行って低温ガスを加熱するものであり、例えばガスタ
ービンエンジンなどに使用されている。

【０００３】図１１はガスタービンエンジンにおける回
転蓄熱式熱交換器部分の概略図であって、図に示すよう
に蓄熱コアに接するシール装置１を設けて高圧空気が排
気ガス側に漏れないようにしてある。２は蓄熱コア、３
はハウジング、４は排気ガスの流路、５は高圧空気の流
路であり、シール装置１はハウジング３や流路４，５の
形状に対応したリング状またはこれに準じた形状であっ
て、蓄熱コア２の両面に設けられてそれぞれ蓄熱コア２
に摺接している。なお、比較的低圧の排気ガスが上記の
高温ガスに、圧縮機で圧縮された高圧空気が上記の低温
ガスにそれぞれ相当している。

【０００４】このような熱交換システムは、機関停止時
の常温から最大出力時の９００℃程度までの広い温度範
囲にわたって使用されるため、シール装置はシステムを
構成している部材の熱膨張や熱変形を吸収して常に良好
なシール性を発揮することが必要である。

【０００５】図１２は一般的なシール装置を例示したも
のであり、(a)図はシール板１ａの一端をシールシュー
１ｂに固着し、他端をハウジングやリテーナ上を摺動さ
せるヒンジ式シールを、(b)図はシール板１ｃをベロー
ズ状に重ねたベローズ式シールをそれぞれ示している。
これらのシール板１ａ及び１ｃの形状は円錐の周面状で
あって剛性が大きく、そのままではシステム構成部材の
変形を吸収するのに必要な柔軟性に欠け、良好なシール
性を得ることが困難になるので、ヒンジ式シールの場合
にはシール板１ａに複数個のスリット１ｄが放射状に設
けられることが多い。また、ベローズ式シールは各シー
ル板１ｃの両端が拘束されているためヒンジ式よりも柔
軟性を発揮しにくいものであるが、シール板１ｃを多段
に重ねることで全体として柔軟性を確保する構成となっ
ている。

【０００６】しかしながら、ヒンジ式シールは高圧側の
圧力が低い始動時にはシール板１ａの先端がハウジング
やリテーナに十分に圧接されずに漏れを生じ、また通常
の作動中でもシール板１ａに設けたスリット１ｄから漏
れが生ずるため、シール性が損なわれやすいという問題
がある。また、ベローズ式シールはシール性が良好であ
る反面、構造が複雑で製造コストが高くなるなどの問題
がある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】この考案はこのような
問題点に着目し、シール性が高くしかも構造が比較的簡
単なシール装置を得ることを課題としてなされたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、この考案では、蓄熱コア側に配置されるリング状
またはこれに準じた形状の蓄熱コア側シール板とハウジ
ング等の固定部側に配置されるリング状またはこれに準
じた形状の固定部側シール板とを組み合わせ、両シール
板が重なり合う内周端縁部を相互に摺動可能なように支
持板によって挟持するようにしている。

【０００９】また、上記の蓄熱コア側と固定部側の各シ
ール板をそれぞれ複層構造とし、シール板の各層に、長
手方向を横切る方向のスリットを上層と下層のスリット
が互いに重ならないように位置をずらせてそれぞれ複数
個形成している。また、蓄熱コア側シール板と固定部側
シール板の高圧側の各層の表面に当接して高圧側各層の
スリットを覆う板状スプリングを各スリットごとに設け
てもよく、また各シール板の高圧側の各層の表面に当接
して蓄熱コア側シール板の各層間及び固定部側シール板
の各層間をそれぞれ密着させるコイル状スプリングを設
けてもよい。

【００１０】

【作用】蓄熱コア側と固定部側の各シール板は外周端縁
部を拘束した構造にでき、両シール板が重なり合う内周
端縁部は支持板によって挟持されているので、シール性
はヒンジ式シールより良好であり、また各シール板の内
周端縁部は周方向と半径方向には拘束されないで摺動可
能であるため、通常のベローズ式のような多段構造にし
なくてもベローズ式に準じた柔軟性が得られる。

【００１１】また、蓄熱コア側と固定部側のシール板を
それぞれ複層構造とし、互いに重ならない位置にスリッ
トを形成することにより、柔軟性があり、しかもスリッ
トからの漏れの少ないシール装置が得られる。また、高
圧側表面の各スリットに板状スプリングを設けることに
よって、スリットからの漏れが低減され、各シール板間
をコイル状スプリングで密着させることによって、高圧
側の圧力が低い始動時でもシール漏れが生じにくくな
る。

【００１２】次に図示の実施例について説明する。な
お、図１１と同一部分は同じ符号で示してある。

【００１３】

【実施例１】図１は請求項１に対応する第１の実施例の
断面図であって、シール装置１は蓄熱コア側のシール板
１１と固定部側のシール板１２、シュー１３及びリテー
ナ１４等で構成されている。シール板１１は外周端縁部
に補強材１５が固着されてシュー１３に摺接し、シール
板１２は外周端縁部に補強材１６が固着されてリテーナ
１４に摺接しており、各シール板１１，１２の内周端縁
部は断面が偏平なコ字状の支持板１７に挿入されてい
る。

【００１４】図２は分解図であり、各シール板１１，１
２にはそれぞれ例えばレーザ加工により適当な間隔でス
リット１８が放射状に形成され、補強材１５，１６が例
えば溶接によってそれぞれ取り付けられる。また支持板
１７は内面に段部を有する上部材１７ａと下部材１７ｂ
からなるもので、シール板１１，１２の内周端縁部を挟
持した状態で相互に溶接されており、挟持された内周端
縁部は支持板１７の段部内で周方向と半径方向に摺動可
能となっている。

【００１５】この実施例のシール装置１は、図１に示す
ように重ねられたシール板１１，１２の内側が高圧側と
なる向きで蓄熱コア２とハウジング３の間に配置され、
使用時には矢印のようにシール板１１には下から、シー
ル板１２には上からそれぞれ圧力が加えられる。ここ
で、各シール板１１，１２の外周端縁部は補強材１５，
１６によって拘束されているが、内周端縁部は支持板１
７の内部で摺動可能であって拘束されていないので、シ
ール板１１，１２の変形を妨げる剛性が低減される。こ
のため、圧力や蓄熱コア２とハウジング３の間隔などの
変動に応じてシール板１１，１２が比較的容易に変形す
ることができ、良好なシール性を得ることが可能となる
のである。

【００１６】

【実施例２】上記の実施例１におけるスリット１８は極
めて幅の狭いものであるが、各シール板１１，１２は高
圧側の圧力によって図１のように湾曲した状態となり、
湾曲が大きくなるとスリット１８が広がってここからシ
ール漏れが生ずる。図３及び図４はこれを防止するよう
にした請求項２に対応する実施例である。

【００１７】すなわち、シール板１１，１２をそれぞれ
外板１１ａと内板１１ｂ及び外板１２ａと内板１２ｂか
らなる複層構造としてあり、各シール板１１，１２のス
リット１９，２０を、外板１１ａと内板１１ｂのスリッ
ト１９が互いに重ならないように、また外板１２ａと内
板１２ｂのスリット２０が互いに重ならないように、そ
れぞれ位置をずらせて形成してある。従って、各シール
板１１，１２が圧力差で湾曲した状態になると、各シー
ル板１１，１２は高圧側の内板１１ｂ，１２ｂが押され
て低圧側の外板１１ａ，１２ａに密着するので、仮にス
リット１９，２０が広がってもシール漏れが生ずること
はなく、良好なシール性が保たれるのである。

【００１８】図５及び図６は複層構造の変形例であり、
連続したシール板１１，１２にスリット１９，２０を設
けるのではなく、各シール板１１，１２をシール片１１
ｃ及びシール片１２ｃを組み合わせる構造としてある。
そして、各シール片１１ｃ，１２ｃの一方の側縁に突出
部１１ｄ，１２ｄを形成し、これを隣接するシール片１
１ｃ，１２ｃの側縁に重ねた状態としてあり、この突出
部１１ｄ，１２ｄは補強材１５，１６と支持板１７で覆
われない部分に設けてある。

【００１９】すなわち、この実施例ではスリットに対応
する部分を複層構造としているのであり、シール板１
１，１２が湾曲した状態になって各シール片１１ｃ間、
あるいは１２ｃ間が広がっても、各突出部１１ｄ，１２
ｄが隣接するシール片にそれぞれ重なっているのでシー
ル漏れが生ずるような隙間が発生せず、良好なシール性
が保たれるのである。

【００２０】

【実施例３】この種のシール装置は高圧側と低圧側の圧
力差を利用して密着性を確保している。このため始動時
などの圧力差が小さい初期には密着性を十分確保でき
ず、部分的に隙間が生じてシール漏れが発生することが
あり、一旦隙間が生ずると、圧力差が大きくなっても複
層構造のシール板間に進入した空気を排除できず、漏れ
が更に助長されやすくなる。

【００２１】図７及び図８はこれを防止した請求項３に
対応する実施例であり、図３及び図４に示した実施例に
おける各シール板１１，１２の内板１１ｂ，１２ｂの内
側、すなわち高圧側に板状スプリング２２を設けてあ
る。この板状スプリング２２は長方形の板ばね材をＵ字
形に曲げたもので、内板１１ｂ，１２ｂを外板１１ａ，
１２ａの方向に押し広げるような寸法に選定されてお
り、内板１１ｂ，１２ｂのスリット１９及び２０ごとに
配置される。補強材１５，１６の内縁部にはそれぞれ切
欠き２３を形成してあり、板状スプリング２２はこの切
欠き２３で端縁を保持されて位置決めされている。

【００２２】この実施例は上述のような構成であり、図
８の(b)では便宜上各部材の間に隙間を設けて示してあ
るが、実際には高圧側と低圧側の圧力差が小さい時でも
板状スプリング２２が内板１１ｂ，１２ｂに密着してい
るので、スリット１９，２０は塞がれてシール漏れを生
じない。また圧力差が大きい時には、その圧力差によっ
て内板１１ｂ，１２ｂが外板１１ａ，１２ａに押し付け
られるので、各スリット１９，２０が塞がれてシール漏
れは生じないのである。

【００２３】

【実施例４】上記の実施例３では各スリットごとに板状
スプリング２２を設けているので、構造が複雑で組立て
や分解が困難である。図９及び図１０はこれを改善した
請求項４に対応する実施例であり、各シール板１１，１
２の内板１１ｂ，１２ｂの内側にコイル状スプリング２
５を設けてある。このコイル状スプリング２２はシール
板１１，１２の長手方向に連続したもので、その外径は
内板１１ｂ，１２ｂを外板１１ａ，１２ａに押し付ける
ような寸法に選定してある。

【００２４】従って、高圧側と低圧側の圧力差が小さい
時でも内板１１ｂ，１２ｂが外板１１ａ，１２ａに密着
し、スリット１９，２０が塞がれているのでシール漏れ
は生じない。また圧力差が大きくなっても、内板１１
ｂ，１２ｂと外板１１ａ，１２ａが密着したままで変形
するので、やはりシール漏れは生じない。なお実施例３
と比較すると部品点数が少なくなり、組立てや分解が容
易でコスト的にも有利である。

【００２５】

【考案の効果】以上の説明から明らかなように、この考
案は、シール装置を蓄熱コア側シール板と固定部側シー
ル板で構成し、両シール板が重なり合う内周端縁部を相
互に摺動可能なように支持板によって挟持したものであ
る。従って、シール性がヒンジ式シールより良好であ
り、しかも簡単な構造でありながらベローズ式に準じた
柔軟性のあるシール装置を得ることが容易となる。

【００２６】また、蓄熱コア側と固定部側の各シール板
をそれぞれ複層構造とし、各シール板の互いに重ならな
い位置にスリットをそれぞれ形成することによって、よ
り柔軟性があり、しかもスリットからの漏れの少ないシ
ール装置が得られる。また、各シール板の高圧側表面に
当接してシール板の各スリットを覆う板状スプリングを
設けることにより、始動時などの圧力差が小さい時にお
けるシール漏れを防止することができ、板状スプリング
に代えてコイル状スプリングを用いることにより、構造
が簡単でシール性の良好なシール装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の第１の実施例の断面図である。

【図２】同実施例の要部の分解斜視図である。

【図３】第２の実施例の要部の平面図及び断面図であ
る。

【図４】同実施例の要部の分解斜視図である。

【図５】同実施例の変形例の要部の平面図及び断面図で
ある。

【図６】同変形例の要部の分解斜視図である。

【図７】第３の実施例の要部の断面図である。

【図８】図７のａ−ａ線断面図及びｂ−ｂ線断面図であ
る。

【図９】第４の実施例の要部の断面図である。

【図１０】同実施例の要部の斜視図である。

【図１１】ガスタービンエンジンにおける回転蓄熱式熱
交換器の一般的な概略断面図及び概略分解斜視図であ
る。

【図１２】従来例のシール装置の要部の斜視図及び断面
図である。

【符号の説明】

１ シール装置 １ａ，２ａ 環状部 １ｂ，２ｂ 直線状部 ２ 蓄熱コア ３ ハウジング ４ 排気ガス流路 ５ 高圧空気流路 １１ 蓄熱コア側シール板 １２ 固定部側シール板 １１ａ，１２ａ 外板 １１ｂ，１２ｂ 内板 １１ｃ，１２ｃ シール片 １１ｄ，１２ｄ 突出部 １３ シュー １４ リテーナ １５，１６ 補強材 １７ 支持板 １８，１９，２０ スリット ２２ 板状スプリング ２５ コイル状スプリング

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 近接して設けられる高温ガス流路と低温
   ガス流路の両方にまたがるように円盤状の蓄熱コアを配
   置し、この蓄熱コアを回転駆動することにより蓄熱コア
   を介して低温ガスを加熱するように構成された回転蓄熱
   式熱交換器におけるシール装置であって、蓄熱コア側に
   配置されるリング状またはこれに準じた形状の蓄熱コア
   側シール板とハウジング等の固定部側に配置されるリン
   グ状またはこれに準じた形状の固定部側シール板とを組
   み合わせ、両シール板が重なり合う内周端縁部を相互に
   摺動可能なように支持板によって挟持したことを特徴と
   する回転蓄熱式熱交換器のシール装置。
2. 【請求項２】 蓄熱コア側シール板と固定部側シール板
   をそれぞれ複層構造とし、シール板の各層に、長手方向
   を横切る方向のスリットを上層と下層のスリットが互い
   に重ならないように位置をずらせてそれぞれ複数個形成
   した請求項１記載の回転蓄熱式熱交換器のシール装置。
3. 【請求項３】 蓄熱コア側シール板と固定部側シール板
   の高圧側の各層の表面に当接して高圧側各層のスリット
   を覆う板状スプリングを各スリットごとに設けた請求項
   ２記載の回転蓄熱式熱交換器のシール装置。
4. 【請求項４】 蓄熱コア側シール板と固定部側シール板
   の高圧側の各層の表面に当接して蓄熱コア側シール板の
   各層間及び固定部側シール板の各層間をそれぞれ密着さ
   せるコイル状スプリングを設けた請求項２記載の回転蓄
   熱式熱交換器のシール装置。