JP2021148313A - 冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素化合物によって形成された伝達部が高温となり燃焼する事態を抑制し、安全性を向上させることを目的とする。【解決手段】冷却構造１５は、駆動することで高温となる高温部と高温部よりも低温となる低温部とを有する圧縮装置１０を冷却する冷却構造１５である。冷却構造１５は、圧縮装置１０の筐体１４に形成された閉空間１６に配置され、金属よりも熱伝導率が高い炭素化合物によって形成された伝達部１７を備えている。伝達部１７は、高温部から低温部まで延在し、主たる熱伝導方向に高温部から低温部へ向かう方向を含み、閉空間１６には不活性ガスが封入されている。【選択図】図１

Description

本開示は、冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置に関するものである。

例えば、シャフトやシャフトを支持する軸受など、外部からアクセスし難い箇所が発熱する装置においては、発熱部で生じた熱を放熱部まで輸送し、放熱部で放熱することで発熱部を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、スピンドルモータのシャフトの内部に、真空脱気した状態で純水が作動流体として封入されており、シャフト自体がヒートパイプのコンテナとして形成されている構造が記載されている。作動流体は、シャフトで発生した熱によって蒸発し、放熱板で凝縮することで、シャフトで発生した熱を放熱板まで輸送している。

特許第３７９６０００号公報

ところで、熱を輸送する部材として、特許文献１のような流体ではなく、固相の部材を用いることも考えられる。固相の熱を輸送する部材として、炭素化合物によって形成された部材を使用した場合には、輸送する熱が高温の場合には、熱を輸送する部材が燃焼する可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炭素化合物によって形成された伝達部が高温となり燃焼する事態を抑制し、安全性を向上させることができる冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置は以下の手段を採用する。
本開示に一態様に係る冷却構造は、駆動することで高温となる高温部と前記高温部よりも低温となる低温部とを有する装置を冷却する冷却構造であって、前記装置に形成された閉空間に配置され、金属よりも熱伝導率が高い炭素化合物によって形成された伝達部を備え、前記伝達部は、前記高温部から前記低温部まで延在し、主たる熱伝導方向に前記高温部から前記低温部へ向かう方向を含み、前記閉空間には不活性ガスが封入されている。

本開示によれば、炭素化合物によって形成された伝達部が高温となり燃焼する事態を抑制し、安全性を向上させることができる。

本開示の第１実施形態に係るターボチャージャ及び冷却構造の縦断面図である。 図１のターボチャージャの熱伸びを示す図である。 本開示の第２実施形態に係る加熱器及び冷却構造を示す縦断面図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３の冷却構造に設けられる伝達部を模式的に示す図である。 図５の変形例を示す図である。 図３の変形例に係る加熱器を示す平面図である。 図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナノズル及び冷却構造を示す縦断面図である。 図９の要部（Ｘ部分）の拡大図である。 図１０の変形例を示す断面図である。 本開示の第４実施形態に係るノズルチップ及び冷却構造を示す縦断面図である。 図１２のＣ−Ｃ矢視断面図である。 図１２の変形例を示す断面図である。 図１０の変形例を示す断面図である。 図１５のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図１２の変形例を示す断面図である。 本開示の第５実施形態に係る圧延機及び冷却構造を示す縦断面図である。 図１８のＥ−Ｅ矢視断面図である。 図１９の変形例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係る伝達部の変形例を示す図である。

以下に、本開示に係る冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２では、紙面上方が鉛直上方を示し、紙面下方が鉛直下方を示している。
本実施形態では、冷却構造をターボチャージャ１０に適用した例について説明する。なお、本実施形態の冷却構造を適用できる装置は、これに限定されない。回転体によって流体を圧縮する装置であれば適用することができる。例えば、冷媒を圧縮する圧縮機に適用してもよい。

ターボチャージャ（圧縮装置）１０は、排ガスの流れを受けて回転するタービン１１と、タービン１１の回転に伴って回転するシャフト１２と、シャフト１２によって回転し空気（流体）を圧縮するインペラ（回転体）１３と、外殻を為す筐体１４と、を備えている。筐体１４は、内部にタービン１１、シャフト１２及びインペラ１３を収容している。なお、本実施形態において、「周方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ１を基準とした周方向を意味する。また、「径方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ１を基準とした径方向を意味する。

タービン１１は、筐体１４の内部に供給された排ガスの流れを受けて中心軸線Ｃ１を中心として回転する。タービン１１を通過した排ガスは、筐体１４内を流通し排出口から排出される。タービン１１が回転すると、一端がタービン１１と接続されたシャフト１２が中心軸線Ｃ１を中心として回転する。シャフト１２が回転すると、シャフト１２の他端と接続されたインペラ１３が中心軸線Ｃ１を中心として回転する。インペラ１３は、回転することで筐体１４の内部に供給された空気を圧縮する。圧縮された空気は、筐体１４内を流通し、吐出口から吐出される。

本実施形態に係るターボチャージャ１０には、冷却構造１５が適用されている。冷却構造１５は、筐体１４に形成された閉空間１６に配置される伝達部１７を備えている。すなわち、伝達部１７は筐体１４に埋設されている。
筐体１４には、複数の閉空間１６が形成されている。各閉空間１６は、周方向の全域に亘って形成されている。また、複数の閉空間１６は、中心軸線Ｃ１の延在方向に並んで配置されている。複数の閉空間１６には、周方向の断面（周方向と交差する面で切断した際の断面）の形状が略円形状の第１閉空間１６ａと、周方向の断面の形状が略長方形状の第２閉空間１６ｂが含まれている。各閉空間１６には、不活性ガスが封入されている。不活性ガスは、例えば、窒素である。

各閉空間１６には、伝達部１７が配置される。伝達部１７は、炭素化合物によって形成されている。詳細には、伝達部１７は、金属よりも熱伝導率が高い高熱伝導性材料であるグラフェンによって形成されている。一般的にグラフェンは、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の３つの方向のうち、２つの方向において特に熱伝導性が高い。以下の説明では、熱伝導性が高い方向を「主たる熱伝導方向」と称する。本実施形態に用いられるグラフェンは、主たる熱伝導方向に周方向が含まれている。

伝達部１７は、各閉空間１６の周方向の略全域に配置されている。すなわち、伝達部１７は周方向に延在する環状の部材である。第１閉空間１６ａに配置される伝達部１７（以下、「第１伝達部１７ａ」と称する。）は、周方向の断面の形状が略円形状とされている。第１伝達部１７ａの外周面の略全域は、第１閉空間１６ａを規定する壁面と接触している。すなわち、第１伝達部１７ａの外周面の略全域は、筐体１４と接触している。なお、第１伝達部１７ａは、環状に形成せずに、周方向の一端と、周方向の他端との間に空間Ｓ１を形成してもよい。この空間には不活性ガスを封入してもよい。

第２閉空間１６ｂに配置される伝達部１７（以下、「第２伝達部１７ｂ」と称する。）は、周方向の断面の形状が略長方形状とされている。すなわち、第２伝達部１７ｂは、中心軸線Ｃを中心として延在する筒状部材である。第２伝達部１７ｂは、外周面及び内周面の略全域が第２閉空間１６ｂを規定する壁面と接触している。すなわち、第２伝達部１７ｂの外周面及び内周面の略全域は、筐体１４と接触している。第２伝達部１７ｂの延在方向の両端と筐体１４との間には、空間Ｓ１が形成されている。この空間Ｓ１には、不活性ガスが封入されている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ターボチャージャ１０のインペラ１３で空気を圧縮すると、圧縮した際に生じた熱が対流し、上方へ移動する。これにより、インペラ１３等を収容する筐体１４は、下部よりも上部の温度が高くなる。すなわち、筐体１４の上部が高温部となり、筐体１４の下部が低温部となる。したがって、図２の矢印で示すように、筐体１４の上部は、筐体１４の下部よりも熱伸びすることとなる。このように、筐体１４において熱伸びの分布が生じると、一部に応力が集中する等の要因から筐体１４が損傷する可能性がある。

本実施形態では、伝達部１７が周方向の略全域に亘って延在している。すなわち、伝達部１７が筐体１４の上部から下部まで延びている。伝達部１７は、高温部（筐体１４の上部）に位置する受熱部と、低温部（筐体１４の下部）に位置する放熱部とを一体的に有している。これにより、ターボチャージャ１０が駆動することで筐体１４の上部が高温となった場合、筐体１４の上部から伝達部１７の受熱部へ入熱する。伝達部１７に入った熱は、伝達部１７によって輸送され、伝達部１７の放熱部から筐体１４の下部へ放熱される。このように、伝達部１７によって、筐体１４の上部の熱を筐体１４の下部へ輸送することができる。したがって、筐体１４の上部を冷却することができるので、ターボチャージャ１０が駆動することで生じる筐体１４の温度の分布を抑制することができる。よって、筐体１４に生じる熱伸び差を抑制することができるので、筐体１４の損傷を抑制することができる。

また、伝達部１７は、金属よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料で形成されている。これにより、例えば伝達部１７を金属材料で形成する場合と比較して、より多くの熱を輸送することができる。したがって、冷却構造１５の冷却性能を向上させることができる。
また、伝達部１７が、主たる熱伝導方向に、周方向が含まれるグラフェンによって形成されている。これにより、受熱部から放熱部へ好適に熱を伝えることができる。したがって、冷却構造１５の冷却性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、不活性ガスが封入されている空間に伝達部１７が設けられている。これにより、炭素化合物によって形成された伝達部１７が高温となり燃焼する事態を抑制することができる。したがって、安全性を向上させることができる。

また、固相の伝達部１７とすることで、例えば、作動流体を利用して熱輸送を行う構造と比較して、作動流体の漏洩等が生じ得ないので、故障し難くすることができる。したがって、信頼性を向上することができる。また、空間に固相の伝達部１７を配置しているだけなので、流体等を用いる構造と比較して、構造を簡素化することができる。

また、作動流体を用いるヒートパイプ等では、容量や使用圧力次第で法規制を受け、設計点が限られる可能性がある。一方、本実施形態では固相の伝達部１７によって熱の輸送を行っているので、設計する際に法規制の影響を受けないので、設計の自由度を向上させることができる。また、作動流体として、代替フロンなどを使用する場合には、環境負荷が高くなる可能性がある。一方、本実施形態では、固相の伝達部１７によって熱の輸送を行っているので、代替フロンなどを使用する構造と比較して、環境負荷を低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態について、図３から図６を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却構造は、加熱器２０に適用されている。

加熱器２０は、図３及び図４に示すように、中心軸線Ｃ２に沿って延在する円柱形状の本体部２１に、発熱するヒータ線２２が埋設されているカートリッジヒータである。なお、本実施形態において、「周方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ２を基準とした周方向を意味する。また、「径方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ２を基準とした径方向を意味する。
加熱器２０は、ヒータ線２２が発熱することで本体部２１が昇温し、本体部２１と接触する加熱対象を加熱する。

ヒータ線２２は、径方向の外側から内側に向かう第１部分２２ａと径方向の内側から外側に向かう第２部分２２ｂとが、中心軸線Ｃ２に沿って交互に並んでいる。第１部分２２ａと第２部分２２ｂとは連続して設けられている。また、ヒータ線２２は、中心軸線Ｃ２に沿う方向の端部（図３では紙面上端部）で、折り返している。ヒータ線２２は、本体部２１の径方向の中心領域に埋設されている。

本実施形態に係る加熱器２０には、冷却構造２５が適用されている。冷却構造２５は、本体部２１に形成された閉空間２６に配置される伝達部２７を備えている。すなわち、伝達部２７は本体部２１に埋設されている。

本体部２１には、複数（本実施形態では、一例として８つ）の閉空間２６が形成されている。複数の閉空間２６は、本体部２１の径方向の外側領域に形成されている。複数の閉空間２６は、周方向に略等間隔に並んで配置されている。各閉空間２６は、中心軸線Ｃ２に沿って延在しており、本体部２１の延在方向の略全域に亘って形成されている。各閉空間２６は、延在方向の断面（延在方向と交差する面で切断した際の断面）の形状が略円形状とされている。各閉空間２６には、不活性ガスが封入されている。

各閉空間２６には、伝達部２７が配置される。伝達部２７の材料は、第１実施形態の伝達部２７と同一であるので、詳細な説明は省略する。伝達部２７を形成するグラフェンの主たる熱伝導方向には、伝達部２７の延在方向が含まれている。

伝達部２７は、各閉空間２６の延在方向の略全域に配置されている。伝達部２７は、延在方向（長手方向）の断面の形状が略円形状である円柱状の部材である。すなわち、伝達部２７は、ヒータ線２２の第１部分２２ａ及び第２部分２２ｂの延在方向と交差する方向に延在している。
伝達部２７の外周面の略全域は、閉空間２６を規定する壁面と接触している。すなわち、伝達部２７の外周面の略全域は、本体部２１と接触している。伝達部２７の延在方向の両端と本体部２１との間には、空間Ｓ２が形成されている。この空間Ｓ２には、不活性ガスが封入されている。

閉空間２６は、図５に示すように、封止部材２８を溶接封止することで形成してもよい。また、図６に示すように、ニップル２９をねじ止めすることで形成してもよい。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ヒータ線２２が発熱すると、ヒータ線２２の熱によって本体部２１は昇温する。このとき、本体部２１は、ヒータ線２２の近傍の領域の温度が、ヒータ線２２から離れた領域の温度よりも高くなる。すなわち、ヒータ線２２の近傍の領域が高温部となり、ヒータ線２２から離れた領域が低温部となる。ヒータ線２２は、所定方向に延在しているので、本体部２１において、所定方向に沿って高温部が形成されることとなる。

本実施形態では、伝達部２７が第１部分２２ａ及び第２部分２２ｂの延在方向と交差する方向（以下、「交差方向」と称する。）に延在している。伝達部２７は、高温部（ヒータ線２２の近傍の領域）に位置する受熱部と、低温部（ヒータ線２２から離れた領域）に位置する放熱部とを一体的に有している。これにより、ヒータ線２２が発熱して、ヒータ線２２の近傍の領域が高温となった場合、本体部２１の高温部から伝達部２７の受熱部へ入熱する。伝達部２７に入った熱は、伝達部２７によって輸送され、伝達部２７の放熱部から本体部２１の低温部へ放熱される。したがって、図３の矢印で示すように、ヒータ線２２の近傍の領域から、ヒータ線２２から離れた領域へ熱を輸送することができる。よって、加熱器２０が駆動することで生じる本体部２１の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部２１全体を均一に加熱することができる。また、本体部２１に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部２１の損傷を抑制することができる。

［変形例１］
なお、加熱器は、図７及び図８で示すように、板状の加熱器３０であってもよい。
本変形例に係る加熱器３０は、板状の本体部３１に、ヒータ線３２が埋設されている。

本変形例に係るヒータ線３２は、図８に示すように、本体部３１の下部に埋設されている。ヒータ線３２は、本体部３１の板面と略平行に延びている。ヒータ線３２は、一方向に延びるとともに、複数回折り返している。加熱器３０には、冷却構造３５が設けられている。
また、本体部３１には、上部に閉空間３６が形成されている。閉空間３６には、板状の伝達部３７が配置されている。板状の伝達部３７は、本体部３１の板面に沿って、設けられている。伝達部３７は、本体部３１の略全域に設けられている。伝達部３７の両端と本体部３１との間には、空間Ｓ３が形成されている。この空間Ｓ３には、不活性ガスが封入されている。

このように構成した場合であっても、伝達部３７によって、図７の矢印で示すように、ヒータ線３２の近傍の領域から、ヒータ線３２から離れた領域へ熱を輸送することができる。よって、加熱器３０が駆動することで生じる本体部３１の温度の分布を抑制することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態について、図９及び図１０を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却構造は、バーナノズル４０に適用されている。

バーナノズル４０は、図８に示すように、燃料が内部を燃料が流通する燃料供給管（燃料供給部）４１と、燃料供給管４１の外側に設けられる空気供給管（空気供給部）４２と、を備えている。バーナノズル４０は、燃料供給管４１から吐出される燃料によって火炎を形成する。
燃料供給管４１及び空気供給管４２は、中心軸線Ｃ３に沿って延在している。なお、本実施形態において、「周方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ３を基準とした周方向を意味する。また、「径方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ３を基準とした径方向を意味する。

燃料供給管４１は、所定方向に延在する管状の部材である。燃料供給管４１内には、矢印Ｆで示すように、燃料が流通している。
空気供給管４２は、所定方向に延在する管状の部材であって、内部に燃料供給管４１を収容している。空気供給管４２内には、燃焼用空気が流通している。詳細には、矢印Ａで示すように、空気供給管４２の内周面と、燃料供給管４１の外周面との間を燃焼用空気が流通している。空気供給管４２の所定方向の先端部は、燃料供給管４１の先端部よりも、突出している。

本実施形態に係るバーナノズル４０には、冷却構造４５が適用されている。冷却構造４５は、燃料供給管４１に形成された閉空間４６に配置される伝達部４７を備えている。すなわち、伝達部４７は燃料供給管４１に埋設されている。

図１０に示すように、閉空間４６は、燃料供給管４１の内周面と外周面との間に形成されている。閉空間４６は、複数形成されている。複数の閉空間４６は、周方向に略等間隔に並んで配置されている。各閉空間４６は、略同一の形状をしている。各閉空間４６は、中心軸線Ｃ３に沿って延在しており、燃料供給管４１の延在方向の略全域に亘って形成されている。各閉空間４６は、延在方向の断面（延在方向と交差する面で切断した際の断面）の形状が略円形状とされている。各閉空間４６には、不活性ガスが封入されている。

各閉空間４６には、伝達部４７が配置される。伝達部４７の材料は、第１実施形態の伝達部４７と同一であるので、詳細な説明は省略する。伝達部４７を形成するグラフェンの主たる熱伝導方向には、伝達部４７の延在方向が含まれている。

伝達部４７は、各閉空間４６の延在方向の略全域に配置されている。伝達部４７は、延在方向（長手方向）の断面の形状が略円形状である円柱状の部材である。伝達部４７の外周面の略全域は、閉空間４６を規定する壁面と接触している。すなわち、伝達部４７の外周面の略全域は、燃料供給管４１と接触している。伝達部４７の延在方向の両端と燃料供給管４１の先端部との間には、空間Ｓ４が形成されている。この空間Ｓ４には、不活性ガスが封入されている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
バーナノズル４０から燃料が噴射され火炎が形成されると、火炎の輻射により燃料供給管４１の先端部が昇温する。これにより、燃料供給管４１は、基端部側よりも先端部の温度が高くなる。すなわち、燃料供給部の先端部が高温部となり、基端部側が低温部となる。

本実施形態では、伝達部４７が燃料供給管４１の先端部から基端部側に向かって延びている。すなわち、伝達部４７は、高温部（先端部）に位置する受熱部と、低温部（基端部側）に位置する放熱部とを一体的に有している。これにより、火炎の輻射により先端部が高温となった場合に、燃料供給管４１の先端部から伝達部４７の受熱部へ入熱する。伝達部４７に入った熱は、伝達部４７によって輸送され、伝達部４７の放熱部から燃料供給管４１の低温部へ放熱される。これにより、燃料供給管４１の先端部の熱を基端部側へ輸送することができる。したがって、燃料供給管４１の先端部を冷却することができる。よって、燃料供給管４１の損傷を抑制することができる。また、火炎を形成することで生じる燃料供給管４１の温度の分布を抑制することができる。したがって、燃料供給管４１に生じる熱伸び差を抑制することができるので、燃料供給管４１の損傷を抑制することができる。

［変形例２］
なお、図１１で示すように、伝達部４７にフィン４８を設けてもよい。フィン４８は、伝達部４７の所定方向の途中位置から空気供給管４２に向かって突出している。フィン４８は、空気供給管４２の内周面と、燃料供給管４１の外周面との間に配置され、燃焼用空気と接触する。フィン４８は、例えば、熱伝導率の高い金属材料である銅やアルミニウムで形成されている。なお、フィン４８の材料は、これに限定されない。
このように構成することで、フィン４８と燃焼用の空気とが熱交換する。これにより、フィン４８が燃焼用空気によって冷却される。したがって、伝達部４７をより好適に冷却することができる。よって、冷却構造４５の冷却性能をより向上させることができる。また、フィン４８と燃焼用空気とが熱交換することで、燃焼用空気が加熱される。これにより、燃焼用の空気を予熱することができるので、熱効率が向上し、ノズルから吐出した燃料を好適に燃焼させることができる。
なお、フィン４８の内部に、主たる熱伝導方向に径方向が含まれるグラフェンを埋設してもよい。このように構成することで、好適にフィン４８の先端まで熱を輸送することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本開示の第４実施形態について、図１２から図１７を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却構造５５は、ノズルチップ５０に適用されている。
ノズルチップ５０は、図１２に示すように、中心軸線Ｃ４に沿って延在し、内部を燃料が流通している。なお、本実施形態において、「周方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ４を基準とした周方向を意味する。また、「径方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ４を基準とした径方向を意味する。

図１３に示すように、ノズルチップ５０は、本体部５２と、本体部５２に形成される燃料流路５１とを有する。本体部５２には、燃料流路５１を取り囲むように、複数の閉空間５６が形成されている。複数の閉空間５６は、周方向に所定の間隔で並んで配置されている。また、複数の閉空間５６は、径方向に所定の間隔で並んで配置されている。各閉空間５６は、中心軸線Ｃ４に沿って延在しており、ノズルチップ５０の延在方向の略全域に亘って形成されている。各閉空間５６は、延在方向の断面（延在方向と交差する面で切断した際の断面）の形状が略円形状とされている。各閉空間５６には、不活性ガスが封入されている。各閉空間５６には、伝達部５７が配置される。伝達部５７の外周面の略全域は、閉空間５６を規定する壁面と接触している。すなわち、伝達部５７の外周面の略全域は、ノズルチップ５０と接触している。伝達部５７の延在方向の一端とノズルチップ５０との間には、空間Ｓ５が形成されている。この空間Ｓ５には、不活性ガスが封入されている。

本実施形態においても、高温となるノズルチップ５０の先端部の熱を基端部側へ輸送することができる。したがって、ノズルチップ５０の先端部を冷却することができる。よって、ノズルチップ５０の損傷を抑制することができる。また、火炎を形成することで生じるノズルチップ５０の温度の分布を抑制することができる。したがって、ノズルチップ５０に生じる熱伸び差を抑制することができるので、ノズルチップ５０の損傷を抑制することができる。

なお、図１４に示すように、ノズルチップ５０には、燃料流路５１に配置されるフィン５８を設けてもよい。フィン５８は、燃料流路５１の上流側に配置されている。このように構成することで、フィン５８と燃料流路５１を流通する燃料とを熱交換させることができる。したがって、フィン５８を介して放熱できるとともに、燃料流路５１を流通する燃料を予熱することができる。また、フィン５８の内部にグラフェンを埋設してもよい。

また、図１５及び図１６に示すように、径方向に並ぶ伝達部を１つの伝達部５７Ａとしてもよい。すなわち、伝達部５７Ａは、延在方向の断面が径方向に延在する長方形状に形成されてもよい。詳細には、延在方向の断面形状が、周方向よりも径方向の長さの方が長い長方形状に形成されてもよい。このように構成しても、高温となるノズルチップ５０の先端部の熱を基端部側へ輸送することができる。したがって、ノズルチップ５０の先端部を冷却することができる。伝達部５７Ａが配置される閉空間５６Ａも、延在方向の断面が長方形状に形成される。
また、図１７に示すように、径方向に並ぶ伝達部５７を１つの伝達部５７Ａとしたノズルチップ５０において、燃料流路５１に配置されるフィン５８を設けてもよい。

〔第５実施形態〕
次に、本開示の第５実施形態について、図１８及び図１９を用いて説明する。
本実施形態に係る冷却構造６５は、圧延装置６０に適用されている。
圧延装置６０は、中心軸線Ｃ５を中心として回転する２つのロール６１を有する。圧延装置６０は、２つのロール６１で圧延材６２を挟むことで、圧延材６２を圧延する。ロール６１は、中心軸線Ｃ５に沿う方向の中心領域が圧延材６２と接触している。すなわち、ロール６１は、中心軸線Ｃ５に沿う方向の一部が圧延材６２と接触している。ロール６１は、圧延材６２と接触する部分を含む中心軸線Ｃ５に沿う方向の一部の領域である接触領域Ａ１と、圧延材と接触しない部分を含む中心軸線Ｃ５に沿う方向の一部の領域である非接触領域Ａ２と、を有する。
なお、本実施形態において、「周方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ５を基準とした周方向を意味する。また、「径方向」と述べた場合には、中心軸線Ｃ５を基準とした径方向を意味する。

本実施形態に係るロール６１には、冷却構造６５が適用されている。冷却構造６５は、ロール６１に形成された閉空間６６に配置される伝達部６７を備えている。すなわち、伝達部６７はロール６１に埋設されている。

図１９に示すように、複数の閉空間６６は、周方向に略等間隔に並んで配置されている。各閉空間６６は、中心軸線Ｃ５に沿って延在しており、ロール６１の中心軸線Ｃ５に沿う方向の略全域に亘って形成されている。各閉空間６６は、延在方向の断面（延在方向と交差する面で切断した際の断面）の形状が略円形状とされている。各閉空間６６には、不活性ガスが封入されている。

各閉空間６６には、伝達部６７が配置される。伝達部６７の材料は、第１実施形態の伝達部６７と同一であるので、詳細な説明は省略する。伝達部６７を形成するグラフェンの主たる熱伝導方向には、伝達部６７の延在方向が含まれている。

伝達部６７は、各閉空間６６の延在方向の略全域に配置されている。伝達部６７は、延在方向（長手方向）の断面の形状が略円形状である円柱状の部材である。
伝達部６７の外周面の略全域は、閉空間６６を規定する壁面と接触している。すなわち、伝達部６７の外周面の略全域は、ロール６１と接触している。伝達部６７の延在方向の両端とロール６１との間には、空間Ｓ６が形成されている。この空間Ｓ６には、不活性ガスが封入されている。
なお、伝達部６７は、図２０に示す伝達部６７Ａのように、周方向の全域に連続して設けられていてもよい。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ロール６１によって圧延材６２が圧延されると、ロール６１は、圧延材６２と接触する接触領域Ａ１が、ロール６１と圧延材６２との摩擦熱等によって昇温する。これにより、ロール６１は、接触領域Ａ１が、圧延材６２と接触しない非接触領域Ａ２よりも温度が高くなる。すなわち、接触領域Ａ１が高温部となり、非接触領域Ａ２が低温部となる。
本実施形態では、伝達部６７が中心軸線Ｃ５に沿う方向の略全域に亘って延在している。すなわち、伝達部６７は、高温部（接触領域Ａ１）に位置する受熱部と、低温部（非接触領域Ａ２）に位置する放熱部とを一体的に有している。これにより、圧延装置６０が駆動することで接触領域Ａ１が高温となった場合、接触領域Ａ１から伝達部６７の受熱部へ入熱する。伝達部６７に入った熱は、伝達部６７によって輸送され、伝達部６７の放熱部からロール６１の非接触領域Ａ２へ放熱される。このように、伝達部６７によって、接触領域Ａ１の熱を非接触領域Ａ２へ輸送することができる。したがって、接触領域Ａ１を冷却することができるので、圧延装置６０が駆動することで生じるロール６１の温度の分布を抑制することができる。よって、ロール６１に生じる熱伸び差を抑制することができるので、ロール６１の損傷を抑制することができる。

なお、本開示は上記各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本開示の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、上記各実施形態では、伝達部が円柱形状の例について説明したが、本開示はこれに限定されない。図２１に示すように、伝達部７７が収容される閉空間７６を、延在方向の断面の形状が、延在方向の一端部に向かうにしたがって小さくなるように形成してもよい。すなわち、閉空間７６は、延在方向の一端に向かうにしたがって、窄まるように形成してもよい。この場合には、伝達部７７は、延在方向の一端部に向かうにしたがって延在方向の断面形状が小さくなるように形成される。すなわち、伝達部７７は、延在方向の一端に向かって細くなるテーパ形状とされる。また、この場合には、伝達部７７を延在方向の一端部の方向へ付勢する付勢部７８が設けられている。付勢部７８は、バネ状の部材であってもよい。また、上記各実施形態で説明した空間内に封入される不活性ガスを利用してもよい。すなわち、閉空間７６を封止する封止部材７９をピストンのように閉空間７６に沿って移動可能に形成し、不活性ガスを空気ばねとして利用してもよい。

閉空間７６を形成する部材（例えば、加熱器やノズルの燃料供給管等）は、熱によって膨張する場合がある。空間を形成する部材（以下、「空間形成部材」と称する。）が膨張すると、空間形成部材の内部に形成されている閉空間７６も広がる。一方、伝達部７７の線膨張率が空間形成部材よりも小さい場合には、伝達部７７は空間形成部材ほど膨張しないので、伝達部７７の側面７７ａと、閉空間７６を形成する壁面７６ａとの間に隙間が空く可能性がある。上記の変形例では、付勢部７８によって伝達部７７が一端部の方向へ付勢されている。これにより、閉空間７６が広がるように空間形成部材が膨張すると（すなわち、空間形成部材の壁面が伝達部７７から遠ざかるように移動すると）、付勢部７８によって伝達部７７が一端部方向へ移動する。これにより、伝達部７７が一端部方向へ移動しても、伝達部７７と閉空間７６を規定する壁面７６ａとが接触した状態が維持される。このように、上記構成では、空間形成部材が熱膨張した場合であっても、伝達部７７と壁面７６ａとが接触した状態を維持することができる。したがって、空間形成部材が熱膨張した場合であっても、空間形成部材で発生した熱を伝達部７７に好適に伝え、空間形成部材を冷却することができる。

以上説明した各実施形態に記載の冷却構造、圧縮装置、加熱器、バーナノズル、ノズルチップ及び圧延装置は例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る冷却構造は、駆動することで高温となる高温部と前記高温部よりも低温となる低温部とを有する装置を冷却する冷却構造（１５）であって、前記装置に形成された閉空間（１６）に配置され、金属よりも熱伝導率が高い炭素化合物によって形成された伝達部（１７）を備え、前記伝達部は、前記高温部から前記低温部まで延在し、主たる熱伝導方向に前記高温部から前記低温部へ向かう方向を含み、前記閉空間には不活性ガスが封入されている。

上記構成では、伝達部が、高温部から低温部まで延在している。すなわち、伝達部は、高温部に位置する受熱部と、低温部に位置する放熱部とを一体的に有している。これにより、装置が駆動することで高温部が高温となった場合、高温部から伝達部の受熱部へ入熱する。伝達部に入った熱は、伝達部によって輸送され、伝達部の放熱部から低温部へ放熱される。このように、伝達部によって、装置の高温部の熱を低温部へ輸送することができる。これにより、高温部を冷却することができるので、装置が駆動することで生じる温度の分布を抑制することができる。したがって、装置に生じる熱伸び差を抑制することができるので、装置の損傷を抑制することができる。
また、伝達部は、金属よりも熱伝導率が高い高熱伝導材料で形成されている。これにより、例えば伝達部を金属材料で形成する場合と比較して、より多くの熱を輸送することができる。したがって、冷却構造の冷却性能を向上させることができる。
また、本実施形態では、不活性ガスが封入されている空間に伝達部が設けられている。これにより、炭素化合物によって形成された伝達部が高温となり燃焼する事態を抑制することができる。したがって、安全性を向上させることができる。
また、固相の伝達部とすることで、例えば、作動流体を利用して熱輸送を行う構造と比較して、作動流体の漏洩等が生じ得ないので、故障し難くすることができる。したがって、信頼性を向上することができる。また、空間に固相の伝達部を配置しているだけなので、流体等を用いる構造と比較して、構造を簡素化することができる。

また、本開示の一態様に係る冷却構造は、前記伝達部は、熱伝導方向性を有する炭素化合物によって形成されている。
また、本開示の一態様に係る冷却構造は、前記炭素化合物は、主たる熱伝導方向に前記高温部から前記低温部へ向かい方向が含まれるグラフェンを有する。

上記構成では、伝達部が熱伝導方向性を有する炭素化合物によって形成されている。これにより、好適に高温部から低温部まで熱を伝えることができる。
また、上記構成では、伝達部が、主たる熱伝導方向に、高温部から低温部へ向かう方向が含まれるグラフェンによって形成されている。これにより、高温部から低温部へ好適に熱を伝えることができる。したがって、冷却構造の冷却性能を向上させることができる。
なお、一般的にグラフェンは、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向及び第２方向と直交する第３方向の３つの方向のうち、２つの方向において特に熱伝導性が高い。「主たる熱伝導方向」とは、グラフェンにおける熱伝導性が高い方向を意味する。

また、本開示の一態様に係る冷却構造は、前記閉空間は、長手方向の断面の形状が、前記長手方向の一端部に向かうにしたがって小さくなるように形成されていて、前記伝達部は、前記長手方向の一端部に向かうにしたがって前記長手方向の断面形状が小さくなるように形成されていて、前記伝達部の前記長手方向の他端部には、前記伝達部を前記一端部の方向へ付勢する付勢部が設けられている。

閉空間を形成する部材は、熱によって膨張する場合がある。空間を形成する部材（以下、「空間形成部材」と称する。）が膨張すると、空間形成部材の内部に形成されている閉空間も広がる。一方、伝達部の線膨張率が空間形成部材よりも小さい場合には、伝達部は空間形成部材ほど膨張しないので、伝達部と、閉空間を形成する壁面との間に隙間が空く可能性がある。上記の構成では、付勢部によって伝達部が一端部の方向へ付勢されている。これにより、閉空間が広がるように空間形成部材が膨張すると（すなわち、空間形成部材が伝達部から遠ざかるように移動すると）、付勢部によって伝達部が一端部方向へ移動する。これにより、伝達部が一端部方向へ移動しても、伝達部と閉空間を規定する壁面とが接触した状態が維持される。このように、上記構成では、空間形成部材が熱膨張した場合であっても、伝達部と空間形成部材とが接触した状態を維持することができる。したがって、空間形成部材が熱膨張した場合であっても、空間形成部材で発生した熱を伝達部に好適に伝え、空間形成部材を冷却することができる。

本開示の一態様に係る圧縮装置は、前記装置は、流体を圧縮する回転体（１３）と、前記回転体を収容する筐体（１４）とを有する圧縮装置（１０）であって、前記閉空間は、前記筐体に形成され、前記伝達部は、前記筐体の上部の前記高温部から前記筐体の下部の前記低温部まで延在している上記いずれかに記載の冷却構造を含む。

圧縮装置の回転体で流体を圧縮すると、圧縮した際に生じた熱が対流し、上方へ移動する。これにより、回転体を収容する筐体は、下部よりも上部の温度が高くなる。すなわち、筐体の上部が高温部となり、筐体の下部が低温部となる。
上記構成では、伝達部が筐体の上部から下部まで延びている。これにより、筐体の上部の熱を筐体の下部へ輸送することができる。したがって、筐体の上部を冷却することができるので、圧縮装置が駆動することで生じる筐体の温度の分布を抑制することができる。よって、筐体に生じる熱伸び差を抑制することができるので、筐体の損傷を抑制することができる。

本開示の一態様に係る加熱器は、前記装置は、所定方向に延在し発熱するヒータ線（２２）と、前記ヒータ線が埋設される本体部（２１）と、を備える加熱器（２０）であって、前記閉空間（２６）は、前記本体部に形成され、前記伝達部（２７）は、前記所定方向と交差する方向に延在するとともに、前記本体部の前記ヒータ線の近傍の領域である前記高温部から前記本体部の前記ヒータ線から離れた領域である前記低温部まで延在している上記いずれかに記載の冷却構造を含む。

ヒータ線が発熱すると、ヒータ線の熱によって本体部は昇温する。このとき、本体部は、ヒータ線の近傍の領域の温度が、ヒータ線から離れた領域の温度よりも高くなる。すなわち、ヒータ線の近傍の領域が高温部となり、ヒータ線から離れた領域が低温部となる。ヒータ線は、所定方向に延在しているので、本体部において、所定方向に沿って高温部が形成されることとなる。
上記構成では、伝達部が所定方向と交差する方向（以下、「交差方向」と称する。）に延在している。これにより、交差方向に熱を輸送することができる。したがって、高温部から低温部へ熱を輸送することができるので、加熱器が駆動することで生じる本体部の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部全体を均一に加熱することができる。また、本体部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部の損傷を抑制することができる。

本開示の一態様に係るバーナノズルは、前記装置は、内部を燃料が流通し、先端部から燃料を噴射する管状の燃料供給部（４１）を備えるバーナノズル（４０）であって、前記閉空間（４６）は、前記燃料供給部に形成され、前記伝達部（４７）は、前記燃料供給部の前記先端部の前記高温部から基端部側の前記低温部まで延在している上記いずれかに記載の冷却構造を含む。

バーナノズルから燃料が噴射され火炎が形成されると、火炎の輻射により燃料供給部の先端部が昇温する。これにより、燃料供給部は、基端部側よりも先端部の温度が高くなる。すなわち、燃料供給部の先端部が高温部となり、基端部側が低温部となる。
上記構成では、伝達部が燃料供給部の先端部から基端部側に向かって延びている。これにより、燃料供給部の先端部の熱を基端部側へ輸送することができる。したがって、燃料供給部の先端部を冷却することができる。よって、燃料供給部の損傷を抑制することができる。また、火炎を形成することで生じる燃料供給部の温度の分布を抑制することができる。したがって、燃料供給部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、燃料供給部の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るバーナノズルは、前記伝達部は、複数設けられていて、複数の前記伝達部は、周方向に並んで配置されている。

上記構成では、火炎を形成することで生じる燃料供給部の周方向の温度の分布を抑制することができる。したがって、燃料供給部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、燃料供給部の損傷を抑制することができる。

本開示の一態様に係るノズルチップは、前記装置は、内部を燃料が流通し、先端部から燃料を噴射する管状の本体部（５２）を備えるノズルチップ（５０）であって、前記閉空間（５６）は、前記本体部に形成され、前記伝達部（５７）は、前記本体部の前記先端部の前記高温部から基端部側の前記低温部まで延在している上記いずれかに記載の冷却構造を含む。

ノズルチップから燃料が噴射され火炎が形成されると、火炎の輻射により本体部の先端部が昇温する。これにより、本体部は、基端部側よりも先端部の温度が高くなる。すなわち、本体部の先端部が高温部となり、基端部側が低温部となる。
上記構成では、伝達部が本体部の先端部から基端部側に向かって延びている。これにより、本体部の先端部の熱を基端部側へ輸送することができる。したがって、本体部の先端部を冷却することができる。よって、本体部の損傷を抑制することができる。また、火炎を形成することで生じる本体部の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るノズルチップは、前記伝達部は、複数設けられていて、複数の前記伝達部は、周方向に並んで配置されている。

上記構成では、火炎を形成することで生じる本体部の周方向の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るノズルチップは、前記伝達部は、複数設けられていて、複数の前記伝達部は、径方向に並んで配置されている。

上記構成では、火炎を形成することで生じる本体部の径方向の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るノズルチップは、前記伝達部は、周方向の長さよりも径方向の長さの方が長く形成されている。

上記構成では、火炎を形成することで生じる本体部の径方向の温度の分布を抑制することができる。したがって、本体部に生じる熱伸び差を抑制することができるので、本体部の損傷を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係る圧延装置は、前記装置は、圧延材（６２）を圧延し、所定方向に延在する中心軸線を中心として回転するロール（６１）を有する圧延装置（６０）であって、前記ロールの前記所定方向の一部は、前記圧延材と接触し、前記ロールは、前記圧延材と接触する部分を含む前記所定方向の一部の領域である接触領域（Ａ１）と、前記圧延材と接触しない部分を含む前記所定方向の一部の領域である非接触領域（Ａ２）と、を有し、前記閉空間（６６）は、前記ロールに形成され、前記伝達部（６７）は、前記接触領域である前記高温部から、前記非接触領域である前記低温部まで延びている上記いずれかに記載の冷却構造を含む。

ロールによって圧延材が圧延されると、ロールは、圧延材と接触する接触領域が、ロールと圧延材との摩擦熱等によって昇温する。これにより、ロールは、接触領域が、圧延材と接触しない非接触領域よりも温度が高くなる。すなわち、接触領域が高温部となり、非接触領域が低温部となる。
上記構成では、伝達部が接触領域から非接触領域まで延びている。これにより、接触領域の熱を非接触領域へ輸送することができる。したがって、接触領域を冷却することができるので、圧延装置が駆動することで生じるロールの温度の分布を抑制することができる。よって、ロールに生じる熱伸び差を抑制することができるので、ロールの損傷を抑制することができる。

１０ ：ターボチャージャ（圧縮装置）
１１ ：タービン
１２ ：シャフト
１３ ：インペラ（回転体）
１４ ：筐体
１５ ：冷却構造
１６ ：閉空間
１６ａ ：第１閉空間
１６ｂ ：第２閉空間
１７ ：伝達部
１７ａ ：第１伝達部
１７ｂ ：第２伝達部
２０ ：加熱器
２１ ：本体部
２２ ：ヒータ線
２２ａ ：第１部分
２２ｂ ：第２部分
２５ ：冷却構造
２６ ：閉空間
２７ ：伝達部
２８ ：封止部材
３０ ：加熱器
３１ ：本体部
３２ ：ヒータ線
３５ ：冷却構造
３６ ：閉空間
３７ ：伝達部
４０ ：バーナノズル（ノズル）
４１ ：燃料供給管（燃料供給部）
４２ ：空気供給管（空気供給部）
４５ ：冷却構造
４６ ：閉空間
４７ ：伝達部
４８ ：フィン
５０ ：ノズルチップ
５１ ：燃料流路
５２ ：本体部
５５ ：冷却構造
５６ ：閉空間
５７ ：伝達部
５７Ａ ：伝達部
５８ ：フィン
６０ ：圧延装置
６１ ：ロール
６２ ：圧延材
６５ ：冷却構造
６６ ：閉空間
６７ ：伝達部
６７Ａ ：伝達部
７６ ：閉空間
７６ａ ：壁面
７７ ：伝達部
７７ａ ：側面
７８ ：付勢部
７９ ：封止部材

Claims (13)

1. 駆動することで高温となる高温部と前記高温部よりも低温となる低温部とを有する装置を冷却する冷却構造であって、
   前記装置に形成された閉空間に配置され、金属よりも熱伝導率が高い炭素化合物によって形成された伝達部を備え、
   前記伝達部は、前記高温部から前記低温部まで延在し、主たる熱伝導方向に前記高温部から前記低温部へ向かう方向を含み、
   前記閉空間には不活性ガスが封入されている冷却構造。
2. 前記伝達部は、熱伝導方向性を有する炭素化合物によって形成されている請求項１に記載の冷却構造。
3. 前記炭素化合物は、主たる熱伝導方向に前記高温部から前記低温部へ向かい方向が含まれるグラフェンを有する請求項２に記載の冷却構造。
4. 前記閉空間は、長手方向の断面の形状が、前記長手方向の一端部に向かうにしたがって小さくなるように形成されていて、
   前記伝達部は、前記長手方向の一端部に向かうにしたがって前記長手方向の断面形状が小さくなるように形成されていて、
   前記伝達部の前記長手方向の他端部には、前記伝達部を前記一端部の方向へ付勢する付勢部が設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷却構造。
5. 前記装置は、流体を圧縮する回転体と、前記回転体を収容する筐体とを有する圧縮装置であって、
   前記閉空間は、前記筐体に形成され、
   前記伝達部は、前記筐体の上部の前記高温部から前記筐体の下部の前記低温部まで延在している請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却構造を含む圧縮装置。
6. 前記装置は、所定方向に延在し発熱するヒータ線と、前記ヒータ線が埋設される本体部と、を備える加熱器であって、
   前記閉空間は、前記本体部に形成され、
   前記伝達部は、前記所定方向と交差する方向に延在するとともに、前記本体部の前記ヒータ線の近傍の領域である前記高温部から前記本体部の前記ヒータ線から離れた領域である前記低温部まで延在している請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却構造を含む加熱器。
7. 前記装置は、内部を燃料が流通し、先端部から燃料を噴射する管状の燃料供給部を備えるバーナノズルであって、
   前記閉空間は、前記燃料供給部に形成され、
   前記伝達部は、前記燃料供給部の前記先端部の前記高温部から基端部側の前記低温部まで延在している請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却構造を含むバーナノズル。
8. 前記伝達部は、複数設けられていて、
   複数の前記伝達部は、周方向に並んで配置されている請求項７に記載のバーナノズル。
9. 前記装置は、内部を燃料が流通し、先端部から燃料を噴射する管状の本体部を備えるノズルチップであって、
   前記閉空間は、前記本体部に形成され、
   前記伝達部は、前記本体部の前記先端部の前記高温部から基端部側の前記低温部まで延在している請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却構造を含むノズルチップ。
10. 前記伝達部は、複数設けられていて、
    複数の前記伝達部は、周方向に並んで配置されている請求項９に記載のノズルチップ。
11. 前記伝達部は、複数設けられていて、
    複数の前記伝達部は、径方向に並んで配置されている請求項９または請求項１０に記載のノズルチップ。
12. 前記伝達部は、周方向の長さよりも径方向の長さの方が長く形成されている請求項９から請求項１１のいずれかに記載のノズルチップ。
13. 前記装置は、圧延材を圧延し、所定方向に延在する中心軸線を中心として回転するロールを有する圧延装置であって、
    前記ロールの前記所定方向の一部は、前記圧延材と接触し、
    前記ロールは、前記圧延材と接触する部分を含む前記所定方向の一部の領域である接触領域と、前記圧延材と接触しない部分を含む前記所定方向の一部の領域である非接触領域と、を有し、
    前記閉空間は、前記ロールに形成され、
    前記伝達部は、前記接触領域である前記高温部から、前記非接触領域である前記低温部まで延在している請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷却構造を含む圧延装置。
    

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