JPH0527038B2

JPH0527038B2 -

Info

Publication number: JPH0527038B2
Application number: JP61192229A
Authority: JP
Inventors: Yuuzeen Fuinemoa Haaran
Original assignee: Air Preheater Co Inc
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1993-04-19
Also published as: KR900003685B1; US4593750A; CA1269096A; KR870002433A; MX162815A; JPS6241589A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、回転式熱交換器、殊に回転再生式熱
交換器における相対的に回転自在なふたつの部品
間に取付けられる半径方向シール装置の改良に関
する。

典型的な回転再生式熱交換器、例えば回転式空
気予熱器においては、円筒形のロータが中央ロー
タ柱のまわりに配置されている。そして、このロ
ータは、ロータ柱からロータの外側胴まで延びて
いる複数の半径方向仕切板により複数の扇形区画
室に分割されている。このロータの各扇形区画室
には、多数の熱吸収材料（熱交換材料）が担持さ
れ、この熱吸収材料は一般的にパツクした板状の
エレメントからなる。

しかして、ロータがロータ柱の中心軸線のまわ
りを回転すると、熱吸収材料は、まず熱ガス等の
加熱流体の流れに曝され、それからロータの更に
続けられる回転によつて冷空気等の加熱しようと
する流体に曝される。熱吸収材料は、加熱流体に
曝されると、この加熱流体から熱を吸収し、それ
から加熱しようとする流体に曝されたときに熱吸
収材料により加熱流体から吸収された熱が加熱し
ようとする流体に伝熱される。

さて、前述したロータはハウジングによつて囲
繞されている。このハウジングはその対向する両
端に端板を具備している。これらの各端板は、ロ
ータを通して加熱流体及び加熱しようとする流体
を導くために設けられた周方向に間隔を置く一対
の開口間に位置する不通気性部分を有する。そし
て、加熱流体が加熱しようとする流体に混合する
のを防止するために、ロータ区画室を形成する半
径方向仕切板にはそれらの端縁に沿つて半径方向
シール部材が設けられている。これらのシール部
材は、ロータが回転すると、ハウジングの端板の
不通気性部分に摺接し、これによりシール関係を
作る。

典型的な回転再生式熱交換器、冷えば空気予熱
器においては、加熱流体である熱ガスと加熱しよ
うとする流体である冷空気とはロータ胴にその対
向する両端から流入し、それからロータ内に担持
されている熱吸収材料を越えて対向する方向へ通
過する。従つて、冷空気の入口と熱ガスの出口
（即ち熱交換により冷却されたガスの出口）とは
熱交換器ハウジングの同じ一端側にあり、この端
は一般に“冷たい”端と称されている。一方、熱
ガスの入口と冷空気の出口（すなわち熱交換によ
り加熱された空気の出口）とは熱交換器ハウジン
グの同じ他端側にあり、この端は一般に“熱い”
端と称されている。

このような入口および出口の配置の結果、ロー
タの“熱い”端から“冷たい”端までのロータ胴
に軸線方向の温度変化が生じる。従つて、この熱
勾配に応じて、ロータは歪みを生じる傾向にあ
る。その結果として、ロータの“熱い”端側の半
径方向仕切板に取付けられている半径方向シール
は、このシールに隣接するハウジングの端板から
引き離され、大きな分離が生じる。これにより〓
間が開口し、もしも、この〓間が閉じられていな
いときには、この〓間を通しての流体の流れを許
してしまい、その結果好ましくないガスと空気と
の混合が生じてしまう。

典型的な従来の空気予熱器においては、半径方
向シールは、半径方向仕切板の端縁に沿つて延び
て、この半径方向仕切板の端面とハウジングの端
板の対向面との間の〓間を密封する剛性片から形
成されている。

そして、この剛性シール片は前述したようにロ
ータの“熱い”端側の端板から引き離されるの
で、半径方向仕切板に取付けたシール片と端板と
の接触を再び確立するための種々の方法が従来か
ら開発されている。例えば、米国特許第3786868
号、第4124063号及び第4206803の各明細書に開示
されている方法によれば、ロータの“熱い”端側
の端板は半径方向仕切板に取付けてある半径方向
シールに再び接触できるように物理的に曲げられ
ている。また、米国特許第3095036号、第3166119
号及び第3189084号の各明細書に開示されている
方法によれば、シール片自体は、半径方向仕切板
に摺動自在に取付けられ、ロータの回転の変動に
もかかわらず、端板に接触出来るよう物理的に元
に戻り得るようにされている。

しかしながら、以上述べたふたつの方法におい
ては、モニターリングやコントロールシステムを
装備して、半径方向シールのハウジング端板への
再接触が半径方向シールに亀裂を生じさせること
なしに確実に行うようにしなければならなかつ
た。

この問題を解決するための１つの方法として、
半径方向仕切板とロータハウジングの端板との間
にフレキシブルなシール部材を設けることが従来
知られている。すなわち、フレキシブルな金属片
が剛性片の半径方向外側端に取付けられて、この
剛性片から外向きに延び、ロータハウジングの端
板に接触する。剛性板は、周知の適当な手段によ
つて半径方向仕切板に取付けられている。そし
て、フレキシブルな金属片は、ロータを通して流
れる空気とガスとの間に生じている、一般的には
0.35Kg／cm²（5psi）より小さな圧力差の下では、
その剛性を維持することができる。しかし、この
フレキシブルな金属シール片は、ロータの歪みに
順応してロータハウジングの端板とシール片とが
接触しているときにはたわみ、これによりシール
片の損傷を防止するとともに、半径方向仕切板と
ロータハウジングの端板との間のシール関係の確
立を維持する。

このような従来例は、しかしながら、次のよう
な問題点があつた。すなわち、フレキシブルな金
属シール片は相当薄く作られているので、熱伝達
用エレメントから微粒状物質を除去するために行
なわれるスートブローの作業中に、これらのシー
ル片がしばしば損傷を受けたり、引き裂かれるこ
とがあつた。

さらに詳述すれば、慣例的にスートブローは、
ロータ内に担持されている熱吸収材料を清浄する
ために、定期的に必要とされて、高圧の空気又は
蒸気をスートブロワから熱吸収材に吹き付けるこ
とによつて、その表面から微粒状物質の堆積物を
除去し、これにより熱吸収材料の表面をかなりき
れいにして、空気予熱器の効率を維持する。

しかし、このような高圧の吹き付け媒体の力が
相当薄いフレキシブルなシール片に加わると、こ
の力によりフレキシブルなシール片が頻繁に後ろ
向きに曲がつてしまい、このフレキシブルなシー
ル片を構成する材料の降伏点を超える応力がシー
ル片に加わり、これによりシール片の永久歪みが
生じて、そのシール効果が減少する。そして、ス
ートブローが繰返しおこなわれた後には、シール
片に亀裂が生じ、その結果シール装置は完全に破
壊してしまう。

したがつて、本発明の目的は、スートブロー圧
力によつてもフレキシブルなシール片が降伏する
ことがないように改良した回転再生式熱交換器用
半径方向シール装置を提供することにある。

発明の概要この目的を達成するために、本発明による半径
方向シール装置は、回転再生式熱交換器における
ロータの少なくとも一端側の各半径方向仕切板の
半径方向端縁に沿つて取付けられて、ロータの一
端側の各半径方向仕切板の端縁とロータハウジン
グの不通気性端板の対向面との間に形成されてい
る〓間を密封する。

そして、このような本発明による半径方向シー
ル装置は、剛性の前方支持片と、剛性の後方支持
片と、これらふたつの支持片間に配置された不通
気性の弾性材料からなる少なくとも１枚のフレキ
シブルなシール片とを包含する。剛性の前方支持
片は、半径方向仕切板と実質的に横に並んで位置
しているベース部分と、半径方向仕切板を超えて
外向きに延びている延長部分とを有する。また、
剛性の後方支持片は、前方支持片と同様に、前方
支持片のベース部分及び半径方向仕切板と実質的
に横に並んで位置しているベース部分と、半径方
向に仕切板を超えて外向きに延びている延長部分
とを有する。更に、不通気性の弾性材料で作られ
ている少なくとも１枚のフレキシブルなシール片
は、そのベース部分が前方支持片のベース部分と
後方支持片のベース部分との間に挟まれて固定さ
れることによつて、前方支持片と後方支持片との
間に配置されている。このような関係で配置され
た前方、後方及びシール片の各ベース部分は半径
方向仕切板へその半径方向の端縁に沿つて固定さ
れる。

フレキシブルなシール片は、また、前方及び後
方支持片と同様に延長部分を有する。このシール
片の延長部分は、前方支持片の延長部分と後方支
持片の延長部分との間に配置され、その先端部分
がロータハウジングの端板の対向面にシール関係
で接触するように延びている。そして、後方支持
片の延長部分は半径方向外側部分を有し、この外
側部分は前方支持片から後方へ次第に離されてそ
れらの間に開口〓間を形成する。この後方支持片
の半径方向外側部分は、フレキシブルなシール片
の先端部分の後ろ曲がりを制限するバツクストツ
プとして働くように位置決めされ、これによりシ
ール片を構成する弾性材料の降伏点を超えるよう
なシール片の曲がりを排除する。好適には、後方
支持片の半径方向外側部分は、前方支持片の延長
部分から次第に離れて延びる曲面となるように曲
がり、これによりスートブロー中に後方に曲がつ
たシール片の半径方向外側部分が支えられるバツ
クストツプ面を形成する。

好適な実施例の説明以下図面を参照して本発明の快適な実施例につ
いて詳述する。

第１図において、この図に示される回転再生式
熱交換器１０は本発明による半径方向シール装置
５０が組込まれている。この回転再生式熱交換器
１０は、内部に熱吸収材料が担持されているロー
タ１２を囲繞する円筒形のハウジング２０を包含
する。ロータ１２は、その内部を複数の扇形区画
室に分割するのに用いられる複数の半径方向に延
びる仕切板１６を介して、中央のロータ柱１８に
接続されている円筒形のロータ胴１４からなつて
いる。ロータ１２は支持ベアリング２３によつて
回転自在に支持され、中央ロータ柱１８がその軸
線まわりをモータ及び歯車装置２２を介してゆつ
くり回転するにつれてロータ１２も同様に回転す
るようになつている。内部にロータ１２が回転自
在に支持されている円筒形のハウジング２０は、
その対向する両端部に、一般にセクター板と呼ば
れている端板２４がそれぞれ設けられている。こ
れらのセクター板２４の周方向に間隔を置いた部
分には、加熱しようとする流体例えば冷空気及び
加熱流体冷えば熱ガスを導入排出するための開口
３８及び４０が夫々穿設されている。

しかして、熱ガスは、上方のセクター板２４の
開口３８に導通する入口ダクト２６を通つてロー
タハウジング２０に入り、それからロータ１２内
に担持されている熱吸収材料を通過した後に、下
方のセクター板２４の開口３８を通つてロータハ
ウジング２０を出て、出口ダクト２８へ流れ出
る。一方、加熱しようとする冷空気は、下方セク
ター板２４の開口４０に導通する入口ダクト３２
を通つてロータハウジング２０に入り、それから
ロータ１２内に担持されている熱吸収材料を通過
した後に、上方のセクター板２４の開口４０を通
つてロータハウジング２０を出て、出口ダクト３
４へ流れる。そして、ロータ１２が回転するにつ
れて、このロータ内に担持されている熱吸収材料
が最初に熱ガスに接触する位置に移動してこの熱
ガスから熱を吸収し、それから加熱しようとする
冷空気に接触する位置に移動する。加熱しようと
する冷空気は、この熱ガスと接触して熱を吸収し
た熱吸収材料通過するときに、この熱吸収材料か
ら熱を吸収する。

以上述べた回転再生式熱交換器１０において
は、そのロータ１２を通して流れるガス及び空気
の両流れが相互に混合しないようにするために、
慣例的に、ガス及び空気がロータをバイパスして
流れるのを防止する周方向シール装置と、多少高
圧の冷空気が多少低圧の熱ガスの流れに沿つて横
に流れるのを防止する半径方向シール装置とが設
けられている。典型的には、周方向シール装置３
０は、第２図に詳細に示すように、セクター板２
４の対向部分に対して当接するようにロータ胴１
４に設けられ、これによりロータ１２の端部にお
けるロータ胴１４とハウジング２０との間の周方
向〓間を密封して、流体流れがこの〓間を通過す
ることによりロータ１２をバイパスすることを防
止する。一方、半径方向シール装置５０は、半径
方向仕切板１６の端縁に設けられて、半径方向仕
切板１６とこの仕切板に隣接するセクター板２４
の対向面との間の〓間を密封し、これにより流体
流れが横へ流れるのを防止する。

しかして、本発明によれば、半径方向シール装
置は次のように構成されている。すなわち、第３
図及び４図に詳細に示すように、本発明による半
径方向シール装置５０は、ベース部分５４とこの
ベース部分から外向きに延びている延長部分５６
とを有する剛性の前方支持片５２、ベース部分６
４とこのベース部分から外向きに延びている延長
部分６６とを有する剛性の後方支持片６２、及び
ベース部分７４とこのベース部分から外向きにの
びている延長部分７６とを有する不通気性の弾性
材料から作られた少なくとも１枚のフレキシブル
なシール片７２とからなつている。

前方支持片５２のベース部分５４と後方支持片
６２のベース部分６４とは、わずかな間隔を置い
た関係で実質的に横に並んで配置されている。そ
して、フレキシブルなシール片７２のベース部分
７４が、これらの前方支持片５２のベース部分と
後方支持片６２のベース部分６４との間に挟まれ
て固定されている。前方支持片５２、後方支持片
６２及びシール片７２の各ベース部分５４，６４
及び７４は、多数の周知の手段から適当に選択し
得る手段によつて一緒に固定される。例えば、そ
の好適な手段として次のようなものがある。２枚
の支持片を一緒にそれらの間に配置したシール片
にスポツト溶接する手段又はスタンプ手段などが
ある。このようにして一緒に固定された半径方向
シール装置５０のベース部分５４，６４，７４
は、それから、ボルト締め、溶接又は他の適当な
手段によつて仕切板１６に固定される。

一方、前方支持片５２の延長部分５６は前述し
た如くベース部分５４から外向きに延びている
が、その長さは、シール装置５０が仕切板１６に
取付けられたときに、前方支持片がセクター板２
４の対向面には接触しないように短くされてい
る。好適には、この前方支持片５２の延長部分５
６は、第３図に示されているように、そのベース
部分５４から、ロータ１２の回転方向とは反対の
方向に、ベース部分５４の延長線５４′に対して
最適には約30°の鋭角をもつて、外向きに延びる。

剛性の後方支持片６２の延長部分６６も、その
ベース部分６４から外向きに延びているが、その
全体長さにわたつて前方支持片５２の延長部分５
６と横に並んで延びておらず、その半径方向外側
部分６８が前方支持片５２の延長部分５６から次
第に離れる方向に延びてそれらの間に〓間８０を
形成するようにしてある。好適には、後方支持片
６２の延長部分６６は、その前方支持片５２の延
長部分５６から次第に離れて延びる部分が曲面と
なるように曲げられている。

フレキシブルなシール片７２の延長部分７６
は、前方支持片５２のベース部分５４と後方支持
片６２のベース部分６４との間に配置されている
そのベース部分７４から、これらの支持片の延長
部分５６及び６６間に形成されている〓間８０を
通して外向きに延びて、その先端部分７８が第３
図に最も良く示されているように前方支持片５２
及び後方支持片６２の各延長部分５６及び６６を
越えて延びている。後方支持片６２の半径方向外
側部分６８は、フレキシブルなシール片７２の先
端部分７８の後ろ方向への移動を制限するバツク
ストツプの働きを有し、これによりシール片７２
にこのシール片を構成する弾性材料の降伏点を超
える応力が加わるのを防止する。

前述のように、ロータ１２内の熱吸収材料を定
期的に洗浄するために、第１図に示す如く、熱交
換器１０には、ノズル手段６０が設けられてい
る。このノズル手段は、一般的に、開口３８に隣
接する熱ガス入口ダクト２６の中に配置され、高
圧の洗浄流体典型的には蒸気、水又は空気を熱吸
収材料に向けて噴射する。ロータ１２がゆつくり
回転すると、この洗浄用のノズル手段６０はロー
タ１２の端面を吹き払う。洗浄流体は典型的に約
14Kg／cm²（200psi）の圧力であるので、洗浄流体
が吹き付けられると、その力によつてフレキシブ
ルなシール片７２の先端部分７８が前方支持片５
６から後ろ方向へ引き離されて曲がる。そして、
第４図に示すように、後方支持片６２の半径方向
外側部分６８が高圧の洗浄流体の力によるフレキ
シブルなシール片７２の先端部分７８の後ろ曲が
りを制限するバツクストツプとして働き、これに
よりシール片７２の先端部分７８の後ろ曲がりに
よつてシール片７２にこのシール片を構成する弾
性材料の降伏点を超える応力が加わるのを防止す
る。

これに対し、以上述べたような本発明によるバ
ツクストツプ機構を欠いている従来技術のフレキ
シブルなシール装置では、フレキシブルなシール
片７２の先端部分７８の後ろ曲がりは何等制限さ
れていなかつた。そのために、フレキシブルなシ
ール片７２を構成している弾性材料にその降伏点
を超える応力が頻ぱんに加わり、その結果シール
片７２がその先端部分７８で永久歪みを起し、シ
ール装置のシール効果が減少していた。そして、
場合によつては、このシール片７２の延長部分７
６が繰返して極度に曲がつた後にシール片に亀裂
が生じ、その先端部分７８がシール片７２から切
り離され、その結果シール効果が完全に失われる
こともあつた。

しかるに、本発明によれば、前述した如く、後
方支持片６２の半径方向外側部分６８で構成した
バツクストツプ部分を設け、シール片７２の延長
部分７６の先端部分７８が洗浄流体の力によつて
後方に曲がつたときには、このバツクストツプ部
分６８により支えられるようになつているので、
シール片７２の先端部分７８の過剰な曲がり及び
それにより生じる切断は除去される。

また、前述した如く、後方支持片６２のバツク
ストツプ部分６８は、前方支持片５２の延長部分
５６から離れるように曲げられ、これにより、ロ
ータハウジングのセクター板２４に接触している
シール片７２の先端部分がロータの歪曲によつて
曲がつてもその延長部分７６の曲げを十分に許す
大きさであるが、しかし、シール片７２の延長部
分７６の後ろ曲がりにより加わる応力がこのシー
ル片を構成する弾性材料の降伏点以下となるよう
に延長部分７６の後ろ曲がりを十分に制限する大
きさである〓間８０を、前方支持片５２の延長部
分５６と後方支持片６２のバツクストツプ部分６
８との間に形成している。

以上図面に例示した実施例によれば、本発明に
よる半径方向シール装置は、セクター板が固定さ
れた構造でかつ半径方向シール装置を固定して取
付けられる回転再生式熱交換器に設置されてい
る。しかしながら、本発明による半径方向シール
装置は、例えば米国特許第4124063号又は第
4206803号の各明細書に開示されているようにセ
クター板が可動な構造とされている回転再生式熱
交換器、又は例えば米国特許第3786868号明細書
に開示されているようにセクター板が自己補償の
無拘束な構造とされている回転再生式熱交換器、
若しくは例えば米国特許第3166119号、第3189084
号又は第3095036の各明細書に開示されているよ
うに半径方向シール装置が調整自在に取付けられ
る回転再生式熱交換器にも、夫々、容易に設置す
ることができるものである。また、本発明による
半径方向シール装置５０において、前方支持片５
２と後方支持片６２との間に配置されるフレキシ
ブルなシール片７２は、１枚のシール片又は複数
枚のシール片で構成できるものである。従つて、
図面に例示した実施例によれば単一のシール片７
２が前方支持片５２と後方支持片６２との間に配
置されてフレキシブルなシール部材を形成してい
るが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
なく、かかるフレキシブルなシール部材を複数枚
のシール片で構成することができるものである。

更に、図面に示した好適な実施例においては、
本発明による改良された半径方向シール装置５０
が、ロータ１２の両側部側の各半径方向の仕切板
１６に取付けられている。しかしながら、本発明
による半径方向シール装置５０の取付け場所はこ
れに限定されるものではなく、本発明による半径
方向シール装置を回転再生式熱交換器のロータの
一端部のみに、すなわち所望に応じてロータの前
述した“熱い”端又は“冷たい”端のみに取付け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半径方向シール装置を装
備した回転再生式熱交換器の一例を示す縦断面
図、第２図は第１図の一部を拡大して本発明によ
る半径方向シール装置を示す図、第３図は熱交換
器の通常運転時における本発明による半径方向シ
ール装置を状態を示す拡大側面図、第４図は熱交
換器のスートブロー時における本発明による半径
方向シール装置の状態を示す拡大側面図である。１０……回転再生式熱交換器、１２……ロー
タ、１４……ロータ胴、１６……半径方向仕切
板、２０……ハウジング、２４…端板（セクター
板）、２６……入口ダクト、２８……出力ダクト、
３０……周方向シール、３２……入口ダクト、３
４……出口ダクト、３８，４０……開口、５０…
…半径方向シール装置、５２……前方支持片、６
０……スートブロワ、６２……後方支持片、７２
……シール片、５４，６４，７４……ベース部
分、５６，６６，６７……延長部分、６８……半
径方向外側部分、７８……先端部分、８０……〓
間。

Claims

【特許請求の範囲】１円筒形のロータ胴を有するロータとこのロー
タを囲繞する円筒形のハウジングとを包含し、前
記ロータ胴は、ロータを軸線まわりに回転させる
中央ロータ柱のまわりに同心的に配置されている
とともに、互いに周方向に間隔を置きかつ半径方
向に延びて前記ロータを多量の熱吸収材料を担持
するための複数の扇形区画室に分割する複数の仕
切板により前記中央ロータ柱に結合され、前記ハ
ウジングは、その対抗する両端に加熱流体及び加
熱しようとする流体が前記ロータにより担持され
ている熱吸収材料を通して出入れする入口開口及
び出口開口を形成する周方向に間隔を置いた一対
の開口間に位置する不通気性部分を有する端板を
具備してなる型式の回転再生式熱交換器に使用さ
れる半径方向シール装置において、ａベース部分と、このベース部分から外向きに
延びる延長部分とを有する剛性の前方支持片、ｂこの前方支持片のベース部分にわずかな間隔
を置いた関係で実質的に横に並んで配置されて
いるベース部分と、このベース部分から外向き
に延びる延長部分とを有し、この延長部分が前
記前方支持片の延長部分から次第に離れるよう
に延びてこの延長部分との間に〓間を形成する
半径方向外側部分を有している、剛性の後方支
持片、及びｃ前記前方支持片のベース部分と前記後方支持
片のベース部分との間に挟まれて固定されたベ
ース部分と、このベース部分から外向きに延び
て前記前方支持片の延長部分と前記後方支持片
の延長部分との間に形成されている前記〓間を
通して延び、先端部分が前記前方支持片の延長
部分を越えて外向きに延びている延長部分とを
有する、不通気性の弾性材料からなる少なくと
も１枚のフレキシブルなシール片を包含し、前記前方、後方及びシール片の各ベース部分は
前記ロータの半径方向に延びる仕切板に取付けら
れて、前記シール片の先端部分が前記ハウジング
の端板の不通気性部分に当接し、これにより前記
半径方向に延びる仕切板と前記端板との間の空間
を横切つてシール関係を確立し、また前記後方支
持片の半径方向外側部分は前記シール片の先端部
分の後ろ曲がりを制限するバツクストツプとして
働くように位置されていることを特徴とする回転
再生式熱交換器用半径方向シール装置。２後方支持片の半径方向外側部分が前方支持片
の延長部分から次第に離れて延びる曲面を形成す
るような形に曲がつていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半径方向シール装置。