(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換エレメントが充填されたロータの回転に伴って、前記熱交換エレメントを介してボイラからの排ガスと燃料用空気とで熱交換して前記燃料用空気を加熱する、空気予熱器のシール機構であって、
下面がシーリングバーに接触して気密性を確保するためのカーボン体と、
前記カーボン体の両側面および上面を覆うカーボンカバーと、
前記カーボンカバーの上面および両側面の上部を覆って支持するとともに、前記シーリングバーとの間に下端隙間が設けられたカーボンホルダと、
を備え、
前記カーボン体は、前記カーボンカバーに対して可動自在で、前記下面が摩耗することで前記カーボンカバーに対して移動するようになっており、前記カーボンカバーは、前記カーボン体の磨耗後も、前記カーボンホルダによって両側面の上部が覆われている状態が維持される、
ことを特徴とする空気予熱器のシール機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボイラに送り込む燃焼用空気を予め加熱する空気予熱器のシール機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気予熱器は、ボイラから排出される高温の排ガスと低温の燃料用空気とで熱交換して、燃料用空気を加熱する装置であり、一般に大形のボイラ設備では回転再生式空気予熱器が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。この回転再生式空気予熱器は、例えば、熱交換エレメント（伝熱体）が充填されたロータが、ロータハウジングに収容された状態で回転する。また、ロータハウジングの両端面に、ロータを２分するようにセクタープレートが設けられて、排ガスの流路と燃焼用空気の流路とが形成されている。そして、排ガスで加熱された熱交換エレメントが、ロータの回転に伴って燃焼用空気側に移動して燃焼用空気を加熱する、という熱交換を繰り返すものである。
【０００３】
このように回転再生式空気予熱器は、ロータが回転するため、ロータの端面からのガスや空気の漏洩を防止・抑制するためのシール機構が設けられている。すなわち、図４（ａ）に示すように、ロータ１０１の低温側端面（下面）に設けられたロータタイヤ１０２と低温側のシーリングバー１０３との間、および、ロータ１０１の高温側端面（上面）に設けられたシーリングバー１０４と高温側のレインフォーシングプレート１０５との間に、ＣＣＳ（サーカムカーボンシール）ユニット１１０が配設されている。
【０００４】
ＣＣＳユニット１１０は、断面が長方形のカーボン体１１１が、その下面がシーリングバー１０３、１０４に接して配置され、カーボン体１１１の両側面および上面を覆うステンレス鋼製のカーボンカバー１１２が、ボルト１１３によってカーボン体１１１に取り付けられている。また、断面が逆Ｕ字状のカーボンホルダ１１４が、カーボンカバー１１２の上面と側面上部とを覆って支持するように配設され、カーボンカバー１１２の両側面とカーボンホルダ１１４との間には、側面隙間Ｓ１１が設けられ、カーボンホルダ１１４とシーリングバー１０３、１０４との間には、下端隙間Ｓ１２が設けられている。
【０００５】
そして、ロータ１０１とともに、シーリングバー１０４、ロータタイヤ１０２および低温側のＣＣＳユニット１１０が回転するようになっており、カーボン体１１１がシーリングバー１０３、１０４に常に接することで、ガスや空気の漏洩を防止・抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０６５９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のシール機構では、ボルト１１３によってカーボン体１１１がカーボンカバー１１２に固定されているため、カーボン体１１１の偏摩耗や異常摩耗が発生していた。すなわち、側面隙間Ｓ１１が存在するため、例えば、カーボンカバー１１２がカーボンホルダ１１４内で傾いたり微振動したりし、これに伴ってカーボン体１１１も傾いたり微振動して、カーボン体１１１に偏摩耗や異常摩耗が生じていた。
【０００８】
さらに、カーボンカバー１１２とカーボンホルダ１１４とが冷缶時に（異物のかみこみ、経年的なカーボンホルダ１１４の変形、熱影響によるひずみ等によって）固着することにより、熱缶時にロータ１０１のターンダウンとともにシーリングバー１０３を押しこむことになり、カーボン体１１１の磨耗が先行し、カーボンカバー１１２の亀裂・損傷および変形が発生する場合があった。そして、これらの結果、早期にカーボン体１１１を交換しなければならなかった。
【０００９】
さらに、カーボン体１１１とカーボンカバー１１２とが一体化され、カーボン体１１１のみが摩耗するのではなく、図４（ｂ）に示すように、カーボン体１１１とカーボンカバー１１２とが同時に摩耗、消耗していた。そして、摩耗が進行してカーボンカバー１１２が小さく・低くなると、下端隙間Ｓ１２からカーボン体１１１およびカーボンカバー１１２が抜け出るおそれがあり、その場合、空気予熱器のトリップ等が発生し発電ユニットに大きな影響を与える。このため、カーボン体１１１およびカーボンカバー１１２が下端隙間Ｓ１２から抜け出る前に、早期にカーボン体１１１およびカーボンカバー１１２を交換する必要があった。
【００１０】
しかも、ステンレス鋼製のカーボンカバー１１２が常時シーリングバー１０３、１０４に接して摩耗することで、シーリングバー１０３、１０４が損傷、摩耗するため、シーリングバー１０３、１０４も定期的に交換しなければならなった。
【００１１】
そこでこの発明は、構成部品の交換頻度を抑制することが可能な、空気予熱器のシール機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、熱交換エレメントが充填されたロータの回転に伴って、前記熱交換エレメントを介してボイラからの排ガスと燃料用空気とで熱交換して前記燃料用空気を加熱する、空気予熱器のシール機構であって、下面がシーリングバーに接触して気密性を確保するためのカーボン体と、前記カーボン体の両側面および上面を覆うカーボンカバーと、前記カーボンカバーの上面および両側面の上部を覆って支持するとともに、前記シーリングバーとの間に下端隙間が設けられたカーボンホルダと、を備え、前記カーボン体は、前記カーボンカバーに対して可動自在で、前記下面が摩耗することで前記カーボンカバーに対して移動するようになっており、前記カーボンカバーは、前記カーボン体の磨耗後も、前記カーボンホルダによって両側面の上部が覆われている状態が維持される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、カーボン体がカーボンカバーに対して可動自在なため、例えば、カーボンカバーがカーボンホルダ内で傾いたり微振動したりしても、カーボン体は傾いたりせず（傾きなどが少なく）、カーボン体の偏摩耗や異常摩耗が抑制される。この結果、カーボン体の交換頻度を抑制することが可能となる。
【００１４】
また、カーボン体の下面が摩耗すると、カーボン体がカーボンカバーに対して移動するため、カーボンカバーは摩耗、消耗しない。このため、カーボン体およびカーボンカバーがカーボンホルダから抜け出ることがなく、カーボン体およびカーボンカバーの交換頻度を抑制することが可能となる。
【００１５】
さらに、カーボンカバーが摩耗、消耗しないため、カーボンカバーによってシーリングバーが損傷、摩耗することも軽減、抑制され、シーリングバーの交換頻度を抑制することが可能となる。このようにして、構成部品であるカーボン体、カーボンカバーおよびシーリングバーの交換頻度を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に係る空気予熱器のシール機構を示す断面図である。
【図２】図１のシール機構のカーボン体が摩耗した状態を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態に係る回転再生式空気予熱器の一部を示す断面斜視図である。
【図４】従来のシール機構のカーボン体が摩耗していない状態を示す断面図（ａ）と、カーボン体が摩耗した状態を示す断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図３は、この発明の実施の形態を示し、図１は、この実施の形態に係る空気予熱器のシール機構（以下、「シール機構」という）１を示す断面図である。このシール機構１は、回転再生式空気予熱器（空気予熱器）１０のロータ１１の端面からの空気・ガスの漏洩を防止・抑制するための機構である。
【００１９】
ここで、回転再生式空気予熱器１０は、ボイラから排出される高温の排ガスと低温の燃料用空気とで熱交換して、燃料用空気を加熱する装置であり、シール機構１を除いて、従来の既製・既存の空気予熱器と同等の構成となっている。すなわち、図３に示すように、円筒状のロータ１１内に伝熱体・熱媒体としての熱交換エレメント（図示せず）が充填され、ロータポスト１２を軸心にロータ１１が回転するようになっている。また、ロータ１１を収容するロータハウジング１３の両端面に、ロータ１１を２分するようにセクタープレート１４が設けられて、排ガスが通過する流路と燃焼用空気が通過する流路とが形成されている。
【００２０】
そして、排ガスが通過することで加熱された熱交換エレメントが、ロータ１１の回転に伴って燃焼用空気側に移動し、この熱交換エレメントを燃焼用空気が通過することで燃焼用空気が加熱されるとともに、燃焼用空気が通過した熱交換エレメントは冷却される。このようにして、熱交換エレメントを介してボイラからの排ガスと燃料用空気とで熱交換して燃料用空気を加熱する、という熱交換サイクルを繰り返すものである。また、図３中符号１５はダイアフラムプレート、符号１６はフローティングラジアルシール（ＦＲＳ）、符号１７はホールディングストリップ、符号１８は低温側ラジアルシールであり、図３中下側が低温側（燃焼用空気の流入側）で上側が高温側（燃焼用空気の流出側）となっている。
【００２１】
このような回転再生式空気予熱器１０のロータ１１の端面側にシール機構１が設けられている。このシール機構１は、ロータ１１の両端面側に配設された複数のＣＣＳ（サーカムカーボンシール）ユニット２を備えている。
【００２２】
すなわち、図１、図３に示すように、ロータ１１の低温側端面（下面）にロータタイヤ３１が配設され、ロータハウジング１３の低温側端面１３１上に低温側シーリングバー３２が配設され、ロータタイヤ３１と低温側シーリングバー３２との間に複数のＣＣＳユニット２が配設されている。同様に、ロータ１１の高温側端面（上面）に高温側シーリングバー４１が配設され、ロータハウジング１３の高温側端面１３２下にレインフォーシングプレート４２が配設され、高温側シーリングバー４１とレインフォーシングプレート４２との間に複数のＣＣＳユニット２が配設されている。
【００２３】
各ＣＣＳユニット２は、カーボン体５と、カーボンカバー６と、カーボンホルダ７と、を備えている。
【００２４】
カーボン体５は、カーボン・炭素粉で構成され、断面が長方形のブロック体で、その下面５ａが低温側シーリングバー３２または高温側シーリングバー４１に接触して配置されている。これにより、後述するようにして気密性が確保される（ガスの漏洩が抑制される）ようになっている。
【００２５】
カーボンカバー６は、断面が逆Ｕ字状のステンレス鋼製で、カーボン体５の両側面および上面を覆うようにカーボン体５に装着されている。ここで、カーボンカバー６の側面の長さは、摩耗していない新品状態のカーボン体５の側面と同等の長さに設定され、カーボン体５の側面全面を覆うようになっている。つまり、新品状態のカーボン体５の両側面および上面が、全面にわたってカーボンカバー６の内面に接触するようになっている。このようなカーボンカバー６は、アッシュフローの石炭灰などによってカーボン体５が摩耗、損傷（アッシュエロージョン）するのを防止する役割を有している。
【００２６】
カーボンホルダ７は、断面が逆Ｕ字状で、カーボンカバー６の上部を支持するカバーである。具体的に、低温側では、上面がロータハウジング１３に固定され、高温側では、上面がレインフォーシングプレート４２に固定され、カーボンカバー６の上面の全面と両側面の上部とを覆って支持するように配設されている。また、カーボンカバー６の両側面とカーボンホルダ７の内面との間には、それぞれ側面隙間Ｓ１が設けられ、カーボンホルダ７の両側面の下端縁と低温側シーリングバー３２または高温側シーリングバー４１との間には、下端隙間Ｓ２が設けられている。
【００２７】
そして、ロータ１１とともに、高温側シーリングバー４１、ロータタイヤ３１および低温側のＣＣＳユニット２が回転するようになっており、カーボン体５が低温側シーリングバー３２または高温側シーリングバー４１に常に接触してシーリングすることで、ガス（排ガスや燃料用空気を含む）の漏洩を防止・抑制するものである。
【００２８】
このようなＣＣＳユニット２において、カーボン体５は、カーボンカバー６に対して可動自在（フリー）で、下面５ａが摩耗することでカーボンカバー６に対して移動するようになっている。すなわち、カーボン体５は、カーボンカバー６が被さっただけの状態でカーボンカバー６に固定されておらず、カーボンカバー６内で移動（可動）自在となっている。そして、シーリングバー３２、４１との接触で下面５ａが摩耗すると、図２に示すように、下面５ａの消耗に伴ってカーボン体５が、カーボンカバー６内を移動してシーリングバー３２、４１側に進むものである。
【００２９】
また、カーボンカバー６は、カーボン体５と一体的に固定されていないため、カーボン体５の摩耗に伴ってカーボンカバー６のシーリングバー３２、４１側の端面（側面）が摩耗することがない、あるいは摩耗が少ない。つまり、カーボン体５のみが主として大きく摩耗して、カーボンカバー６内を移動していくものである。
【００３０】
このような構成のシール機構１では、ロータ１１と高温側シーリングバー４１とロータタイヤ３１と低温側のＣＣＳユニット２とを含む、回転部が回転すると、低温側のＣＣＳユニット２のカーボン体５と低温側シーリングバー３２、および高温側のＣＣＳユニット２のカーボン体５と高温側シーリングバー４１が、常に接触した状態で相対的に移動・滑動する。これにより、排ガスや燃料用空気の漏洩が防止・抑制されるとともに、時間の経過に伴ってカーボン体５が下面５ａ側から摩耗、消耗していく。この際、カーボンカバー６は摩耗しない、あるいは摩耗が少ない。そして、図２に示すように、下面５ａの消耗に伴って、カーボン体５のみがカーボンカバー６内でシーリングバー３２、４１側に移動していくものである。
【００３１】
以上のように、本シール機構１によれば、カーボン体５がカーボンカバー６に対して可動自在なため、例えば、カーボンカバー６がカーボンホルダ７内で傾いたり微振動したりしても、カーボン体５は傾いたりせず（傾きなどが少なく）、カーボン体５の偏摩耗や異常摩耗が抑制される。この結果、カーボン体５の交換頻度を抑制することが可能となる。
【００３２】
また、カーボン体５の下面５ａが摩耗しても、カーボンカバー６のシーリングバー３２、４１側の端面が摩耗することがない、あるいは摩耗が少ない。このため、カーボン体５およびカーボンカバー６がカーボンホルダ７から抜け出ることがない。つまり、摩耗によってカーボンカバー６が小さく・低くなることが抑制されるため、カーボン体５を収容したカーボンカバー６が下端隙間Ｓ２から抜け出ることがなく、早期にカーボン体５およびカーボンカバー６を交換する必要がない。特に、カーボン体５の高さが下端隙間Ｓ２以下になっても、カーボン体５を収容したカーボンカバー６が抜け出ないため、カーボン体５を交換する必要がない。このようにして、カーボン体５およびカーボンカバー６の交換頻度を抑制することが可能となる。
【００３３】
さらに、カーボンカバー６が摩耗、消耗しないため、カーボンカバー６によってシーリングバー３２、４１が損傷、摩耗することも軽減、抑制され、シーリングバー３２、４１の交換頻度を抑制することが可能となる。つまり、カーボンカバー６が摩耗、消耗しないということは、シーリングバー３２、４１に対する摩擦力も小さいため、シーリングバー３２、４１の損傷、摩耗も軽減され、シーリングバー３２、４１の交換頻度を抑制することが可能となる。
【００３４】
このようにして、構成部品であるカーボン体５、カーボンカバー６およびシーリングバー３２、４１の交換頻度を抑制することが可能となる。この結果、部品費用や交換作業費用などを軽減することが可能になるとともに、回転再生式空気予熱器１０の安定運転が可能となる。さらに、摩耗量の軽減により、シーリングバー３２、４１、ロータタイヤ３１およびレインフォーシングプレート４２の平坦度を低く管理すること、つまり、管理基準を低減することが可能となる。
【００３５】
また、カーボン体５をカーボンカバー６に対して可動自在にするだけでよいため、既存・既製の回転再生式空気予熱器１０に対しても容易に適用することができる。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、カーボン体５の上面とカーボンカバー６の上板部との間に、プレッシャープレートやスプリングなどの押圧手段を設け、カーボン体５のみを常にシーリングバー３２、４１側に押し付けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１        シール機構
２        ＣＣＳユニット
３１      ロータタイヤ
３２      低温側シーリングバー（シーリングバー）
４１      高温側シーリングバー（シーリングバー）
４２      レインフォーシングプレート
５        カーボン体
５ａ      下面
６        カーボンカバー
７        カーボンホルダ
１０      回転再生式空気予熱器（空気予熱器）
１１      ロータ
１２      ロータポスト
１３      ロータハウジング
１４      セクタープレート
【図１】
0005973517.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005973517.tif 000004
【図４】
0005973517.tif 000005