特許 7480250 回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-26

(45)【発行日】2024-05-09

(54)【発明の名称】回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 7/24 20060101AFI20240430BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

F27B7/24

F27D7/06 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022168224

(22)【出願日】2022-10-20

【審査請求日】2022-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】504298291

【氏名又は名称】月島機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100206391

【弁理士】

【氏名又は名称】柏野 由布子

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 健司

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 澄人

(72)【発明者】

【氏名】高橋 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】今村 卓哉

【審査官】山本 佳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０４０９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６２３１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ ５／００－７／４２

Ｆ２６Ｂ １１／０４

Ｆ２６Ｂ １７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間を有する二重構造部を前記一端側の外周縁部に備え前記回転軸の回りに回転可能な円筒体と、
前記二重構造部に前記円筒体の径方向の外側から接触する摺動面を備えるとともに前記円筒体と前記摺動面との間を回転可能にシールする回転シールと、
前記二重構造部に冷却流体を噴射するノズルと、
を備えることを特徴とする回転シール冷却構造。

【請求項2】

前記二重構造部は、前記冷却流体を前記径方向の外側から前記径方向の内側に向けて案内するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項3】

前記ノズルが、前記円筒体の周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項4】

前記冷却流体が、水、空気、又は水と空気の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項5】

前記ノズルがスプレーノズルであることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項6】

前記二重構造部の中を前記径方向に延びて前記二重構造部の中を前記円筒体の周方向に区画する流路壁が前記周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項7】

前記二重構造部の中に前記回転軸に対して傾斜した方向に延びるフィンを前記円筒体の周方向に複数設けることを特徴とする請求項１に記載の回転シール冷却構造。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転シール冷却構造を備えるとともに前記円筒体内に投入される被処理物を加熱することを特徴とする加熱装置。

【請求項9】

回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間を有する二重構造部を前記一端側の外周縁部に備え前記回転軸の回りに回転可能な円筒体と、
前記二重構造部に前記円筒体の径方向の外側から接触する摺動面を備えるとともに前記円筒体と前記摺動面との間を回転可能にシールする回転シールと、
前記二重構造部に冷却流体を噴射するノズルと、
を備える回転シール冷却構造を使用して、
前記ノズルから前記二重構造部に前記冷却流体を噴射することを特徴とする回転シール冷却方法。

【請求項10】

噴射した前記冷却流体を前記二重構造部の中で前記径方向の外側から前記径方向の内側に向けて案内することを特徴とする請求項９に記載の回転シール冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ロータリーキルン及びスチームチューブドライヤといった水平軸から僅かに傾斜させた中心軸回りに回転する円筒体の中に被処理物を投入して、円筒体の一端から他端に向けて被処理物を移動させながら加熱するロータリ型加熱機が知られている（特許文献１）。

【0003】

ロータリ型加熱機の高温部を回転可能にシールする回転シールにおいて、回転シールを熱から保護するために、回転するロータリ型加熱機に接触している回転シールの高温側の接触面（摺動面）を二重構造（密閉ジャケット構造など）として、この二重構造に水や空気などの冷却媒体を流通させる技術が知られている（特許文献２、特許文献３）。

【0004】

このような回転シールの高温側の接触面は、回転している高温の円筒体に接触しているため高温になる部位である。そのため、この部位の温度を回転シールのシール材料の耐熱温度（例えば１５０℃）以下にする必要がある。回転シールの高温側の接触面を二重構造（密閉ジャケット構造など）として、回転している円筒体に対して固定側の回転シールとの接触面に水や空気などの冷却媒体を流通することで冷却を行なう従来の方法では、回転シールを十分効果的に冷却できなかった。固定側の回転シールを冷却する密閉ジャケット構造などの従来の方法で回転側を冷却することは、構造の複雑化を伴い、実現は難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００３－２８７３６９号公報

【文献】特許第３８６２２１９号明細書

【文献】特開２００３－１９０７７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような背景の下になされ、簡易な構造で回転シールの摺動面の回転側を冷却可能な回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法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】

【0007】

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１の態様は、回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間を有する二重構造部を前記一端側の外周縁部に備え前記回転軸の回りに回転可能な円筒体と、前記二重構造部に前記円筒体の径方向の外側から接触する摺動面を備えるとともに前記円筒体と前記摺動面との間を回転可能にシールする回転シールと、前記二重構造部に冷却流体を噴射するノズルと、を備えることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0008】

本発明の第１の態様によれば、円筒体の外周縁部に設けられた二重構造部を冷却流体で冷却することができるため、二重構造部に接触する回転シールの摺動面を径方向の内側から冷却することができる。そのため、簡易な構造で回転シールを冷却することができ、回転シールの寿命を延ばし、シール交換頻度を低減可能である。

【0009】

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記二重構造部は、前記冷却流体を前記径方向の外側から前記径方向の内側に向けて案内するように構成されていることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0010】

本発明の第２の態様によれば、冷却流体が径方向の外側から径方向の内側に向けて二重構造部の中を流れるので、二重構造部に接触する回転シールの摺動面の冷却効果を高めることができる。

【0011】

本発明の第３の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様において、前記ノズルが、前記円筒体の周方向に沿って複数設けられていることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0012】

本発明の第３の態様によれば、径の大きな回転シールを使用した場合でも、回転シールを周方向に均一に冷却することができる。

【0013】

本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様において、前記冷却流体が、水、空気、又は水と空気の混合物であることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0014】

本発明の第４の態様によれば、回転シール冷却構造から排出される冷却流体が地球環境を汚染する可能性を排除しながら回転シールの摺動面の冷却効果を高めることができる。

【0015】

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記ノズルがスプレーノズルであることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0016】

本発明の第５の態様によれば、冷却流体をミスト状に噴霧し、高い冷却効果を得ることができる。

【0017】

本発明の第６の態様は、第１から第５のいずれか一つの態様において、前記二重構造部の中を前記径方向に延びて前記二重構造部の中を前記円筒体の周方向に区画する流路壁が前記周方向に複数設けられることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0018】

本発明の第６の態様によれば、冷却流体を二重構造部内に均一に流すことができ、回転シールの摺動面を周方向に均一に冷却することができる。

【0019】

本発明の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様において、前記二重構造部の中に前記回転軸に対して傾斜した方向に延びるフィンを前記円筒体の周方向に複数設けることを特徴とする回転シール冷却構造である。

【0020】

本発明の第７の態様によれば、冷却流体との接触面積を増やすことができ、回転シールの摺動面の冷却効率を高めることができる。

【0021】

本発明の第８の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様に係る回転シール冷却構造を備えるとともに前記円筒体の中に投入される被処理物を加熱することを特徴とする加熱装置である。

【0022】

本発明の第８の態様によれば、回転シールの寿命を延ばし、シール交換頻度を低減させた加熱装置を提供することができる。

【0023】

本発明の第９の態様は、回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間を有する二重構造部を外周縁部に備え前記回転軸の回りに回転可能な円筒体と、前記二重構造部に前記円筒体の径方向の外側から接触する摺動面を備えるとともに前記円筒体と前記摺動面との間を回転可能にシールする回転シールと、前記二重構造部に冷却流体を噴射するノズルと、を備える回転シール冷却構造を使用して、前記ノズルから前記二重構造部に前記冷却流体を噴射することを特徴とする回転シール冷却方法。

【0024】

本発明の第９の態様によれば、円筒体の外周縁部を冷却流体で冷却することができるため、回転シールの摺動面を径方向の内側から冷却することができる。そのため、簡易な構造で回転シールを冷却することができ、回転シールの寿命を延ばし、シール交換頻度を低減可能である。

【0025】

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、噴射した前記冷却流体を前記二重構造部の中で前記径方向の外側から前記径方向の内側に向けて案内することを特徴とする回転シール冷却方法。

【0026】

本発明の第１０の態様によれば、冷却流体が径方向の外側から径方向の内側に向けて二重構造部内を流れるので、二重構造部に接触する回転シールの摺動面の冷却効果を高めることができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、簡易な構造で回転シールの摺動面の回転側を冷却可能な回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造の概略斜視図である。

【図2】本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造の要部概略斜視図である。

【図3】本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造の要部斜視断面図である。

【図4】本発明に係わる回転シール冷却構造の概念図である。

【図5】従来技術の回転シール冷却構造の概念図である。

【図6】本発明に係わる第１実施形態の変形例の回転シール冷却構造の要部斜視断面図である。

【図7】本発明に係わる第１実施形態の変形例の回転シール冷却構造の要部斜視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の第１実施形態に係る回転シール冷却構造Ｓ１を、図面を参照しながら説明する。

【0030】

図１は、本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１を備える加熱装置Ｗの概略斜視図である。より具体的には、図１は、回転シール冷却構造Ｓ１と、回転シール冷却構造Ｓ１と同様の構造を備えるとともに外径がより大きい回転シール冷却構造Ｓ２と、回転可能な円筒体１００と、を備える加熱装置Ｗを示している。
加熱装置Ｗは、円筒体１００内に不図示の投入口から投入される被処理物を円筒体１００内に設けられる伝熱管等の熱源で加熱するとともに円筒体１００を回転させながら円筒体１００の他端側から一端側に移動させる装置である。ここで、円筒体１００の回転軸Ｌは、円筒体１００に一端側（図１の右側）が円筒体１００の他端側よりも下側となるように水平面に対して傾斜して設けられている。そのため、円筒体１００の他端側（図１の左側）に投入された被処理物は、回転する円筒体１００内を円筒体１００の一端側（図１の右側）に移動し、円筒体１００の一端側に設けられる出口Ｅから外部に排出される。ここで、図１、図２、図３において、右側を回転軸Ｌの一端側と表記し、左側を回転軸Ｌの他端側と表記する。
本発明の第１実施形態では、回転シール冷却構造Ｓ１と回転シール冷却構造Ｓ２とは外径のみが異なるので、以下の説明では、回転シール冷却構造Ｓ１の構造を代表して説明する。

【0031】

図２は、本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１の要部概略斜視図である。図３は、本発明に係わる第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１の要部斜視断面図である。

【0032】

回転シール冷却構造Ｓ１は、回転可能な円筒体１００の回転軸Ｌの一端側であり円筒体１００の外周縁部に設けられる二重構造部Ｄ、二重構造部Ｄに円筒体１００の径方向の外側から接触する摺動面１５を備えるとともに円筒体１００と摺動面１５との間を回転可能に気密にシールする回転シール５と、二重構造部Ｄに冷却流体を噴射するノズル１と、を備える。ここで、円筒体１００の径方向とは、円筒体１００の回転軸Ｌに垂直な方向、即ち、円筒体１００の回転軸Ｌから円筒体１００の半径が延びる方向である。以下の説明において、円筒体１００の径方向を、単に径方向と称する場合がある。

【0033】

円筒体１００は、接地面から僅かに傾斜した中心軸Ｌを中心に回転可能な円筒状の部材である。円筒体１００は金属から形成されている。また円筒体１００の中には、不図示の伝熱管等の熱源が設けられており、不図示の熱媒供給源から熱媒が供給されることで、加熱され高温となる。なお、熱媒としては、温水や蒸気、熱媒油などが使用される。

【0034】

円筒体１００の回転軸Ｌの一端側の外周縁部には、回転軸Ｌの一端側に向けて外部に開放された空間Ｖを有する二重構造部Ｄが設けられている。空間Ｖは、図３において、第１円筒壁１０と第１円筒壁１０より径方向の外側に設けられる第２円筒壁８との間に存在する空間である。空間Ｖは、第２円筒壁８から径方向の内側に延びる複数の支持体４により支持された円筒仕切壁９により径方向の外側（図３においては上側であり、以下上側と称する場合がある）と径方向の内側（図３においては下側であり、以下下側と称する場合がある）とに区画されている。円筒仕切壁９は、空間Ｖの最も他端側にある第１他端側壁１３と第２他端側壁１４とに連結されていないため、空間Ｖの径方向の外側と径方向の内側は空間Ｖの他端側で繋がっている。そのため、空間Ｖの径方向の外側と径方向の内側との間を流体は移動可能である。

【0035】

二重構造部Ｄの径方向の外側には、摺動面１５を備える回転シール５が設けられており、回転シール５は、二重構造部Ｄの径方向の外側と摺動面１５との間を回転可能にシールする。なお、加熱装置Ｗには、円筒体１００の長さ方向の複数個所を下方から回転可能に支持する不図示の基台が設けられている。
回転シール５はＶパッキン（Ｖリング）等の公知のシール部材であり例えばゴム材料等の弾性部材から形成されている。回転シール５は、径方向の内側の摺動面１５が接する円筒体１００の二重構造部Ｄの最外周面１６と径方向の外側の第２シール固定円筒壁７とにより径方向に挟持されるとともに、第１シール固定円筒壁６により回転軸Ｌ方向に固定されている。

【0036】

ノズル１は、冷却流体供給管路２を介して供給される冷却流体を開口３から二重構造部Ｄの開放された空間Ｖに向かって噴射する。図２に示されるように、ノズル１の開口３は、二重構造部Ｄの開放された空間Ｖに向けて開口している。より具体的には、ノズル１の開口３は、円筒仕切壁９により区画された空間Ｖのうちの上側に噴射される。空間Ｖの上側に噴射された冷却流体は、図３の矢印Ｆが示す軌跡に沿って、回転軸Ｌの他端側に向かって進み、第１他端側壁１３と第２他端側壁１４に衝突して進行方向を径方向の内側に変えて空間Ｖの下側に移動し、さらに、空間Ｖの下側を回転軸Ｌの一端側に進み、外部に放出される。
ノズル１は円筒体１００の周方向に複数（２個以上）設けられている。そのため、冷却流体を二重構造部Ｄに、円筒体１００の周方向に均一に流すことができる。さらに、ノズル１を周方向に複数設けることで、径の大きな回転シール５を使用した場合でも、回転シールを周方向に均一に冷却することができる。ここで、円筒体１００の周方向とは、円筒体１００が回転軸Ｌを中心として周回する方向、即ち、円筒体１００の接線が延びる方向である。以下の説明において、円筒体１００の周方向を、単に周方向と称する場合がある。

【0037】

ここで、円筒体１００の径方向の内側に不図示の伝熱管等の熱源が設けられているため、円筒体１００は径方向の内側ほど高温になっている。そのため、ノズル１から冷却流体を噴射し、冷却流体を二重構造部Ｄの中に流すことで、二重構造部Ｄと冷却流体とが互いに接触する。二重構造部Ｄと冷却流体とが互いに接触することで、高温側の二重構造部Ｄから低温側の冷却流体へ熱交換により熱が移動する。そのため、二重構造部Ｄに径方向の外側から摺動面１５が接触している回転シール５のシール部材を冷却することができる。これにより、熱によるシール部材の劣化、これに伴う回転シール５の寿命の短縮を防止することができる。

【0038】

ここで、冷却流体を空間Ｖの上側に噴射しているが、これは冷却したい対象である回転シール５に、高温側の二重構造部Ｄから十分に熱を受け取る前の冷却流体を接触させて、回転シール５の冷却効果を高めるためである。従って、二重構造部Ｄが冷却流体を径方向の外側から前記径方向の内側に向けて案内するように構成されているため、回転シール５の冷却効果を高めることができる。

【0039】

図４は、本発明の第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１の概念図である。図５は、従来技術の回転シール冷却構造の概念図である。従来技術では、回転シール５’の径方向の外側に冷却水Ｃを流通させることで回転シール５’を径方向の外側から冷却していた。一方、本発明の第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１では、回転シール５を径方向の内側から冷却することができる。図４と図５に示す符号Ｒｔよりも径方向の内側は回転方向Ｒ向きに回転し、符号Ｆｉｘよりも径方向の外側は固定された箇所であることを示している。そのため、図４の回転シール５の径方向の内側が回転シール５の摺動面１５となる。摺動面１５において、高温の円筒体１００の二重構造部Ｄが回転シール５に接触するため、回転シール５は径方向の内側の摺動面１５が最も高温となる。そのため、本実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１のように、回転シール５を径方向の内側から冷却することで、回転シール５を最も効果的に冷却することができる。さらに、本実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１では、回転する円筒体１００の回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間Ｖを有する二重構造部Ｄに冷却流体を噴射するという簡易な構造で回転シール５を冷却することができる。これにより、回転シール５の寿命を延ばし、シール交換頻度を下げることができる。一方、従来技術では、回転シール５’を径方向の外側から冷却するため、最も高温となる回転シール５’の径方向の内側の摺動面を効果的に冷却することができない。

【0040】

ここで、本実施形態で使用する冷却流体は、空気、水、又は空気と水の混合物である。空気のみを冷却流体として使用する場合と比較して、水や、空気と水の混合物を使用した場合は、高温の円筒体１００の二重構造部Ｄから冷却流体への熱交換に加え、水の蒸発潜熱による冷却により、さらに効率の良い回転シール５の冷却を行うことができる。冷却流体である水や、空気と水の混合物を、ノズル１にスプレーノズルを用いてミスト状として噴射させても良い。冷却流体をミスト状に噴霧することで、高い冷却効果を得ることができる。この場合、ノズル１は、図４に示す二流体ノズルＮのノズルであっても良い。

【0041】

より具体的には、熱源の温度が２５０℃である場合、冷却流体として常温の圧縮空気を風量約６０Ｎｍ^３／ｈで噴射すると、摺動面１５の温度を約８５～１１０℃とすることができる。一方、熱源の温度が２５０℃である場合、二流体ノズルＮを使用して、冷却流体として圧縮空気を風量約５Ｎｍ^３／ｈで噴射するとともに水を約５Ｌ／ｈで噴射すると、摺動面１５の温度を約９０～１１０℃とすることができる。即ち、冷却流体として圧縮空気のみを使用する場合に比べて、冷却流体として圧縮空気と水を使用する場合は、より少ない冷却流体の噴射量で、冷却流体として圧縮流体のみを使用する場合と同等の冷却効果を得ることができる。ここで、噴射する水の量としては、噴射された水が、二重構造部Ｄの中で全て気化される程度の量が好ましい。

【0042】

上記のような第１実施形態に係る回転シール冷却構造Ｓ１を使用して冷却流体として圧縮空気を風量約６０Ｎｍ^３／ｈで噴射する場合、熱源の温度が２５０℃である時、摺動面１５を約１００℃とすることができる。一方、第１実施形態に係る回転シール冷却構造Ｓ１を使用して冷却流体を噴射しない場合、熱源の温度が２５０℃である時、摺動面１５の温度は約１４０℃である。
よって、第１実施形態に係る回転シール冷却構造Ｓ１を使用することで、摺動面１５を効果的に冷却することができ、シール材料を十分に耐熱温度（例えば１５０℃以下）に冷却することができる。これにより、簡易な構造で回転シール５を冷却することができ、回転シール５の寿命を延ばし、シール交換頻度を低減可能である。

【0043】

＜第１実施形態の第１変形例＞
図６は、本発明に係わる第１実施形態の第１変形例の回転シール冷却構造Ｓ１’の要部斜視断面図である。第１実施形態と同様の構造には共通の参照番号を付し、その説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。なお、図６では、二重構造部Ｄ’が設けられる回転側のみが表示されており、固定側の回転シール５は表示されていない。

【0044】

回転シール冷却構造Ｓ１’では、空間Ｖの上側において径方向に延びるフィン２１と、空間Ｖの下側において径方向に延びるフィン２０と、が設けられている。このようなフィン２０，２１を備える二重構造部Ｄ’においては、二重構造部Ｄ’に噴射された冷却流体は、回転軸の一端側から他端側に向かってフィン２１の間を矢印Ｆ１で示す方向に流れ、その後、冷却流体は、第１他端側壁１３と第２他端側壁１４に衝突して進行方向を径方向の内側に変えて空間Ｖの下側に移動し、さらに、空間Ｖの下側を矢印Ｆ１で示す方向に向けて回転軸Ｌの一端側に進み、外部に放出される。

【0045】

フィン２０，２１を設けることで冷却流体と接触する二重構造部Ｄ’の表面積が増える。そのため、冷却流体と二重構造部Ｄとの接触面積を増大させることができる。よって、冷却流体と二重構造部Ｄとの熱交換を効率よく行うことができ、回転シール５の冷却を効率良く行うことができる。
ここで、フィン２０，２１は、回転軸Ｌに対して傾斜して設けられている。そのため、傾斜角が無い場合よりも、フィンの長さを長くすることができ、フィン２０，２１の表面積をさらに増大させることができる。このような回転シール冷却構造Ｓ１’においては、冷却流体と二重構造部Ｄとの接触面積をさらに増大させることができるため、冷却流体と二重構造部Ｄとの熱交換をさらに効率よく行うことができ、回転シール５の冷却をさらに効率良く行うことができる。
なお、フィン２１が設けられる第２円筒壁８と、フィン２０が設けられる第１円筒壁１０と、が周方向に複数分割されていても良い。そのような場合、二重構造部Ｄ’の組立や分解が容易となる。

【0046】

ここで、第１変形例では、回転軸Ｌに対する、フィン２０とフィン２１の傾斜方向が互いに交差するように異なっている。そのため、フィン２０とフィン２１との境目に設けられる円筒仕切壁９よりも一端側において、フィン２０の間を流れる冷却流体と、フィン２１の間を流れる冷却流体とが交差することにより流れが乱れて乱流が発生する。この乱流を発生させることにより、冷却流体と二重構造部Ｄとの熱交換をさらに効率よく行うことができ、回転シール５の冷却をさらに効率良く行うことができる。

【0047】

第１実施形態の第１変形例の回転シール冷却構造Ｓ１’を用いる場合も、第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１と同様の効果を得ることができる。

【0048】

＜第１実施形態の第２変形例＞
図７は、本発明に係わる第１実施形態の第２変形例の回転シール冷却構造Ｓ１’’の要部斜視断面図である。第１実施形態と同様の構造には共通の参照番号を付し、その説明を省略し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。なお、図７においても図６と同様に、二重構造部Ｄ’’が設けられる回転側のみが表示されており、固定側の回転シール５は表示されていない。

【0049】

回転シール冷却構造Ｓ’’では、空間Ｖの上側と下側に径方向に延びて空間Ｖを周方向に区画する流路壁２５が設けられている。このような構造によれば、二重構造部Ｄ’’に噴射される冷却流体を周方向に均等に配分することで周方向に均一に流すことができる。この場合の冷却流体の流れは、図７の矢印Ｆ１で示すように、回転軸の一端側から他端側に向かって空間Ｖの上側の流路壁２５の間を矢印Ｆ１で示す方向に流れる。その後、冷却流体は、第１他端側壁１３と第２他端側壁１４に衝突して進行方向を径方向の内側に変えて空間Ｖの下側に移動し、さらに、空間Ｖの下側の流路壁２５の間を回転軸Ｌの一端側に進み、外部に放出される。

【0050】

このような構造によれば、周方向に冷却流体を均一に流すことができるので、冷却流体と二重構造部Ｄ’’との熱交換をより効率よく行うことができ、回転シール５の冷却を効率良く行うことができる。

【0051】

第１実施形態の第２変形例の回転シール冷却構造Ｓ１’’を用いる場合も、第１実施形態の回転シール冷却構造Ｓ１と同様の効果を得ることができる。

【0052】

ここで、第１実施形態に係る回転シール冷却構造Ｓ、第１実施形態の第１変形例に係る回転シール冷却構造Ｓ‘、及び第１実施形態の第２変形例に係る回転シール冷却構造Ｓ’’、は、回転軸Ｌの一端側に向けて外部に開放された空間Ｖを有する二重構造部Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’を外周縁部に備え回転軸Ｌ回りに回転可能な円筒体１００と、円筒体１００の二重構造部Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’に円筒体１００の径方向の外側から接触する摺動面１５を備えるとともに円筒体１００と摺動面１５との間を回転可能にシールする回転シール５と、二重構造部Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’に冷却流体を噴射するノズル１と、を備える回転シール冷却構造Ｓ、Ｓ’、Ｓ’’を使用して、ノズル１から二重構造部Ｄに冷却流体を噴射する回転シール冷却方法と見なすことができる。このような回転シール冷却方法によれば、回転シール冷却構造Ｓ、Ｓ’、Ｓ’’と同様の効果を得ることができる。
さらには、二重構造部Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’の中において、冷却流体を径方向の外側から径方向の内側に向けて案内する回転シール冷却方法とみなすことができる。このような回転シール冷却方法によれば、回転シール冷却構造Ｓ、Ｓ’、Ｓ’’と同様の効果を得ることができる。

【0053】

以上、図面を参照しながら本発明の第１実施形態と第１実施形態の第１変形例と第２変形例とを説明したが、本発明は上記実施形態と変形例とに限定されない。上述した実施形態と変形例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0054】

第１実施形態の第１変形例では、回転軸Lに対するフィン２０とフィン２１の傾斜方向が互いに異なっているとしたが、傾斜方向が同一であっても良い。また、フィン２０とフィン２１とが径方向に互いに離間しているとしたが、径方向に離間せずに、フィン２０とフィン２１とが径方向に隙間なく延びる１枚の流路壁として設けられていても良い。

【0055】

第１実施形態の第２変形例では、空間Ｖの上側に径方向に延びて空間Ｖの上側を周方向に区画する流路壁２５が設けられているとしたが、第１実施形態の第１変形例のフィン２０，２１のように、流路壁２５が径方向に離間していても良い。また、流路壁２５を設けることでも、流路壁２５がフィンとしての機能も発揮する。そのため、流路壁２５が冷却流体を周方向に均一に流す効果に加え、流路壁２５が二重構造部Ｄ’’の表面積を増大させることで冷却流体と二重構造部Ｄ’’との接触面積を増大させることができる。そのため、冷却流体と二重構造部Ｄ’’との熱交換をより効率よく行うことができ、回転シール５の冷却を効率良く行うことができる。

【0056】

第１実施形態の第１変形例と第２変形例では、空間Ｖの上側と下側の両方にフィン２０，２１或いは流路壁２５を設けたが、空間Ｖの上側と下側の何れか一方にフィン２０，２１或いは流路壁２５を設けても良い。また、空間Ｖの上側或いは下側、または上側及び下側に、フィン２０，２１と流路壁２５とを組み合わせて設けても良い。具体的には、空間Ｖの上側にフィン２０叉は２１を設け、空間Ｖの下側に流路壁２５を設けても良い。或いは、空間Ｖの上側に流路壁２５を設け、空間Ｖの下側にフィン２０叉は２１を設けても良い。さらには、空間Ｖの上側叉は下側、或いは上側と下側の両方において、フィン２０叉は２１と流路壁２５とを周方向に組み合わせて、或いは互い違いに設けても良い。

【符号の説明】

【0057】

１ ノズル
２ 冷却流体供給管路２
３ 開口
４ 支持体
５ 回転シール
６ 第１シール固定円筒壁
７ 第２シール固定円筒壁
８ 第２円筒壁
９ 円筒仕切壁
１０ 第１円筒壁
１５ 摺動面
１００ 円筒体
Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’ 二重構造部
Ｌ 回転軸
Ｓ、Ｓ’、Ｓ’’ 回転シール冷却構造
Ｗ 加熱装置

【要約】

【課題】簡易な構造で回転シールの摺動面の回転側を冷却可能な回転シール冷却構造、加熱装置、および回転シール冷却方法を提供する。
【解決手段】回転軸の一端側に向けて外部に開放された空間を有する二重構造部を前記一端側の外周縁部に備え前記回転軸の回りに回転可能な円筒体と、前記二重構造部に前記円筒体の径方向の外側から接触する摺動面を備えるとともに前記円筒体と前記摺動面との間を回転可能にシールする回転シールと、前記二重構造部に冷却流体を噴射するノズルと、を備えることを特徴とする回転シール冷却構造。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】