JPH068999Y2

JPH068999Y2 - 金属板冷却用ノズル

Info

Publication number: JPH068999Y2
Application number: JP380688U
Authority: JP
Inventors: 修竹内; 力吉本; 靖弘脇崎
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2003-01-18
Also published as: JPH01110251U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は金属板冷却用ノズルに係り、特に200〜1000℃
の温度に加熱された金属板を焼入，制御冷却あるいは高
速冷却等すべく水平に置かれて停止あるいは移動してい
る金属板上にその上方300〜2000mmから冷却液を流出す
るための金属板冷却用ノズルに関するものである。

［従来の技術］従来、加熱された金属板上にその上方から冷却液を流出
して冷却する金属板冷却用ノズルとしては、圧力噴射
型、パイプラミナー型及びスリットラミナー型等があっ
た。

第５図は代表例としてスリットラミナー型の冷却用ノズ
ルを示すものである。図示するように、冷却用ノズル１
は密閉された中空直方体の容器にて形成されたヘッダ２
と、このヘッダ２の側壁下方に設けられた冷却液供給口
３と、上記ヘッダ２内から垂下されたスリットノズル部
４とからなっている。このスリットノズル部４の直下に
は水平に置かれた金属板５が停止或は移動されている。
尚、図中Ｌはノズル部４の入口からヘッダ２の天井まで
の距離を示し、Ｓはノズル部４の隙間を示すものであ
る。

この冷却用ノズル１の冷却液供給口３から供給された冷
却液はヘッダ２内で均圧化され、スリットノズル部４よ
り金属板５上に流出され、これを冷却する。

上記圧力噴射型の冷却用ノズルにあっては、上記スリッ
トノズル部４に相当する部分が圧力噴射ノズル部となっ
ており、上記パイプラミナー型の冷却用ノズルにあって
は、上記スリットノズル部４に相当する部分が複数のパ
イプノズル部になっている。

［考案が解決しようとする課題］これらの冷却用ノズルにあっては次のような問題点があ
った。

スリットラミナー型の冷却用ノズルにあっては、ヘッダ
２内の液位，圧力の均一性が金属板５への流出量分布に
直接関係し、ヘッダ２の容量を大きくする必要があると
共に、流出量の可変幅が100〜80％と狭いという問題が
あった。

また、スリットノズル部４からの流出量が少ないとスリ
ットの隙間に空気が入り、ノズル部４の幅方向に冷却液
が均一に流れなくなったり、極めて不安定な流れになる
という問題があった。

更に、冷却液供給口３からの冷却液の供給を止めても、
ノズル部４の入口からヘッダ２の天井までの距離Ｌに対
して残冷却液の体積が大きいので、開閉弁（図示せず）
の閉成から冷却液の流出停止までの時間が長くなるとい
う問題があった。

また更に、ノズル部４の幅の大きい例えば１ｍ〜５ｍの
幅のノズル部４を有するスリットラミナー型冷却用ノズ
ルにあってはノズル部４の隙間Ｓを均一に保てないた
め、ノズル部４の幅方向の流出量分布が悪いという問題
があった。

圧力噴射型の冷却用ノズルにあっては、圧力噴射ノズル
部の先端から金属板表面までの距離が、例えば300mm以
上と大きくなると、噴射される冷却液が拡大して冷却率
が低下するという問題があった。

パイプラミナー型の冷却用ノズルにあっては、ラミナー
フローが金属板上で円形に拡大していくため、隣接され
たパイプノズル部から流出される冷却液が互いに干渉を
生じて冷却能力が低下するという問題があった。

また、パイプノズル部の幅方向の流出量分布を変化させ
ることや、その清掃を行うことが困難であるという問題
があった。

上述の如き問題点に鑑みて本考案は、特に冷却液の流出
を安定化することができると共に、ノズル部の幅方向の
流出量分布を均一化することができる金属板の冷却用ノ
ズルを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］従来技術における課題を解決すべく本考案は、冷却液を
貯留するヘッダと、このヘッダ上に設けられ、これより
小さな容量を有する均圧室と、これらヘッダと均圧室と
を連通する均圧孔と、上記均圧室の側部から垂下された
スリット空間を有するノズル部と、このノズル部のスリ
ット空間を縦列に仕切る複数の仕切板と、これら仕切板
によって仕切られたノズル部のスリット空間と上記均圧
室とを夫々連通するノズル部とからなり、上記ノズル部
のスリット空間のノズル孔近傍のスリット幅をノズル部
出口のスリット幅の３〜10倍の幅になるように形成した
ものである。

［作用］上述の如く構成され、冷却液はヘッダ内に供給され１次
的に均圧化される。このヘッダ内に貯留された冷却液は
均圧孔を通過することにより整流され均圧室内で２次的
に均圧化される。そして、均圧室内で均圧化された冷却
液は均圧室の側部から垂下されたスリット空間を有する
ノズル部にこれらを連通するノズル孔を通過することに
より流量精度良く導入され３次的に均圧される。このノ
ズル部のスリット空間にはこれを縦列に仕切る複数の仕
切板が設けられているので、金属板上にノズル部の幅方
向に沿って均一に冷却液が流出されるものである。

さらに、ノズル部のスリット空間のノズル孔近傍のスリ
ット幅がノズル部出口のスリット幅の３〜10倍の幅にな
るように形成されたので、流量絞り比が従来に比べて著
しく向上するものである。

［実施例］以下に考案の金属板冷却用ノズルの一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。

第１図乃至第３図に示す如く、冷却用ノズル１０の本体
は密閉された中空直方体の容器にて形成されたヘッダ１
１からなっている。このヘッダ１１の一方の側部壁の下
方には冷却液供給口１２が形成されている。また、ヘッ
ダ１１の上部にはこれより小さな容積を有する中空直方
体の容器にて形成された均圧室１３が設けられている。
この均圧室１３は上記冷却液供給口１２と反対側に位置
され、その底部壁はヘッダ１１の上部壁１４を兼用して
いる。これらヘッダ１１及び均圧室１３は第１図の紙面
に対して垂直な方向をノズルの幅方向として、該幅方向
に長く形成されている。上記ヘッダ１１の上部壁１４の
ヘッダ１１と均圧室１３とを隔てている部分には、これ
らを連通させる均圧孔１５が形成されている。この均圧
孔１５は上記幅方向に沿って一列に複数個形成されてい
る。この均圧孔１５の開口面積はヘッダ１１の横断面積
よりも十分小さく形成されている。そして、上記均圧室
１３の横断面積は均圧孔１５の開口面積よりも十分大き
く、例えば均圧孔１５の開口面積の３〜４倍に形成され
ている。また、この均圧室１３の側部から垂下されてノ
ズル部１６が形成されている。このノズル部１６は内部
がスリット空間となるように上部及び四側方が閉塞され
て形成され、その底部は開口されて冷却用ノズル１０の
冷却液流出口１７になっている。このノズル部１６の上
部壁１８は上記均圧室１３の上部壁を延出させて形成さ
れている。また、ノズル部１６の後方の側部壁１９は上
記ヘッダ１１及び均圧室１３の側部壁と兼用するように
形成されている。更に、ノズル部１６の幅方向の長さは
上記ヘッダ１１及び均圧室１３の幅方向の長さと一致し
ている。このノズル部１６の幅方向がスリットの長さ方
向となり、ノズル部１６の前後方向がスリットの幅方向
となる。そして、上記ノズル部１６の後方の側部壁１９
のノズル部１６と均圧室１３とを隔てている部分には、
これらを連通させるノズル孔２０が形成されている。こ
のノズル孔２０は上記ノズル部１６の幅方向に沿って複
数個形成されている。このノズル孔２０は相隣接する上
記均圧孔１５の丁度中心に位置されており、ノズル孔２
０の数は均圧孔１５の数+1となっている。更に、ノズル
孔２０の開口面積は均圧孔１５の開口面積の略2/3〜1/5
程度に形成されている。上記ノズル部１６はそのスリッ
ト空間のノズル孔２０近傍のスリット幅Ｓ_１が上記冷却
液流出口１７のスリット幅Ｓ_２の３〜10倍になるように
形成されている。第１図に示す如く、スリット空間を区
画するノズル部１６の前方の側部壁２２はノズル孔２０
近傍及び４冷却液流出口１７近傍の部分が後方の側部壁
１９と平行に形成されている。上記ノズル孔２０近傍の
スリット幅Ｓ_１を冷却液流出口１７のスリット幅Ｓ_２よ
りも拡幅するため、上記前方の側部壁１９の上記ノズル
孔２０近傍の後方の側部壁１９と平行な部分より下方を
順次縮幅して傾斜させて形成し、上記冷却液流出口１７
のスリット幅Ｓ_２となるように形成している。

また、上記ノズル部１６にはスリット空間を上記幅方向
に沿って縦列に仕切る複数の仕切板２１が設けられてい
る。これら仕切板２１は均圧孔１５と同じ数だけ設けら
れており、相隣接するノズル孔２０間を区分している。
すなわち、ノズル部１６のスリット空間は仕切板２１に
よってノズル孔２０と同数の部屋に区分され、各々の部
屋と上記均圧室１３とは夫々ノズル孔２０にて連通され
ている。この仕切板２１は第２図に示す如く、正面から
見てノズル孔２０の近傍は拡幅され例えば15mmに形成さ
れ、冷却液流出口１７の近傍は縮幅され例えば５mm以下
に形成されている。また、仕切板２１は側面から見る
と、スリットの幅方向断面と同一形状を呈している。ま
た、ノズル部１６の上記前方の側部壁２２は着脱自在に
形成され、仕切板２１に形成されたボルト孔２３にボル
ト２４を締結することにより前方の側部壁２２は仕切板
２１に固定されている。

次に、上記実施例における作用を述べる。

冷却液は冷却液供給口１２からヘッダ１１内に供給さ
れ、ヘッダ１１と均圧室１３との間に形成された均圧孔
１５を経由して均圧室１３内に導入され、さらに均圧室
１３とノズル部１６との間に形成されたノズル孔２０を
経由してノズル部１６内に導入され、その冷却液流出口
１７から下向きに流出され加熱された金属板を冷却す
る。

上記ヘッダ１１は冷却液の流れをできるだけ乱さない流
速にして１次的に均圧化する。しかし、ヘッダ１１の寸
法等の制約から例えば0.5m／ｓのような低速にすること
はできず、未だ流れの乱れは残る。そこで、ヘッダ１１
の上部にこれより小さな容積を有する均圧室１３を設
け、これらを均圧孔１５で連通する。この均圧孔１５の
開口面積は、ヘッダ１１の横断面積よりも小さく形成さ
れているため、均圧孔１５は流れを整流して２次的に均
圧化して均圧室１３内に冷却液が導入される。この均圧
室１３内には仕切板は設けられておらず、均圧室１３の
横断面積は均圧孔１５よりも十分大きく、例えば均圧孔
１５の３〜４倍に形成されているので、相隣接する均圧
孔１５を通過する冷却液の小さな圧力差をなくする。加
えて、均圧室１３の容積がヘッダ１１の容積よりも小さ
く形成されているので、冷却液の供給を停止した時の流
れの停止時間を短くしている。

また、均圧室１３とノズル部１６との間に形成されたノ
ズル孔２０の開口面積は上記均圧孔１５の開口面積の略
2/3〜1/5程度に小さく形成されているので、このノズル
孔２０により３次的に均圧化を図った後にノズル部２０
内に冷却液が導入される。従って、ノズル部１６の冷却
液流出口１７からは冷却液が極めて均一な圧力で流出さ
れることになる。

更に、ノズル部１６のスリット空間は仕切板２１で複数
の部屋に区分され、これらは夫々ノズル孔２０により均
圧室１３と連通されているので、各ノズル孔２０からの
流れは区分された部屋内で独立して流れ、従来のスリッ
トラミナー型冷却用ノズルのように冷却液が幅方向で干
渉することがない。そして、この仕切板２１はノズル孔
２０近傍が拡幅され、冷却液流出口１７近傍で縮幅され
ているので、冷却液はノズル部１６の区分された部屋内
で夫々拡大流となり、上記冷却液流出口１７では幅方向
に切れ目のない液流となり、スリットラミナー型冷却用
ノズルの正常時の液流の如く幅方向に連続した液流とな
って下方に流出される。

また更に、ノズル部１６の前方の側部壁２２はボルト締
結により仕切板２１に着脱自在に装着されているので、
この前方の側部壁２２は軽量化することができ、該側部
壁２２の変形が少ないためノズル部１６の隙間を均一に
保つことができる。そして、この前方の側部壁２２を取
り外せばノズル部１６内の清掃を容易に行うことができ
る。加えて、ノズル部１６内に仕切板２１が設けられ、
スリット空間が区分されたことにより、絞り比を100〜4
0％程度に大きくすることができた。

また、上記ノズル部１６のスリット空間の冷却液流出口
１７のスリット幅Ｓ_２に対してノズル孔２０近傍のスリ
ット幅Ｓ_１を拡幅して形成すると、冷却液流出口１７の
液流が安定化し、ノズル部１６内への空気の侵入による
液流の乱れや液膜の切れが防止されることが判った。す
なわち第４図に示す如く、ノズル部１６のスリット幅を
Ｓ_１／Ｓ_２＝１に設定すると、安定絞りは1.0〜0.4とな
り約半分までしか流量を低下させることができない。し
かし、Ｓ_１／Ｓ_２＝３に設定すると安定絞りは1.0〜0.3
となり、又Ｓ_１／Ｓ_２＝10に設定すると安定絞りは1.0
〜0.1となるので、安定液量範囲が著しく拡大された。
ここで、Ｓ_１／Ｓ_２＜３では流量は少ししか低下せず、
Ｓ_１／Ｓ_２＜10とすると、ノズル部１６内の液量が過大
になり液切れ時間が長くなり、又絞り比が向上せず、冷
却用ノズル１０の重量が増加し、ノズル部１６内に一度
空気が侵入すると空気抜きを必要とする等の問題が生じ
る。従って、ノズル部１６のスリット幅はＳ_１／Ｓ_２を
３〜10に設定するのが実用化範囲であった。

［考案の効果］以上要するに本考案によれば次の如き優れた効果を発揮
する。

(1)ヘッダ上にこれより小さな容積を有し、均圧孔で連
通された均圧室が設けられたので、冷却液の流れが均圧
孔により整流化され、ヘッダ内の流れの乱れの干渉を小
さくすることができ冷却液の流れを安定化させ、さらに
冷却液の流出停止時の動作を早くすることができる。

(2)均圧室の側部から垂下された冷却液を流出するため
のノズル部にこれらを連通するノズル孔から冷却液を導
入するので、ノズル部の流量精度を極めて向上させるこ
とができる。

(3)ノズル部のスリット空間にこれを縦列に仕切る複数
の仕切板が設けられ、これら仕切板によって仕切られた
ノズル部のスリット空間と均圧室とがノズル孔によって
夫々連通されたので、ノズル部の幅方向の流れの干渉が
なくなり、ノズル部の幅の大きいものでも上記ノズル孔
により幅方向の流量分布を均一にすることができる。

従って、ノズル部の幅方向の干渉の少ないスリット型の
流れとなり流量絞り比を向上させることができる。

(4)ノズル部のスリット空間のノズル孔近傍のスリット
幅をノズル部出口のスリット幅の３〜10倍の幅になるよ
う形成したので、流量絞り比を向上させることができ、
流量制御範囲を従来の1/3〜1/10に拡大することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の金属板冷却用ノズルの一実施例を示す
側断面図、第２図は第１図のII−II線矢視図、第３図は
第１図の一部破断正面図、第４図はスリット幅と液量絞
りとの関係を示すグラフ、第５図は従来の金属板冷却用
ノズルを示す側断面図である。図中、１０は冷却用ノズル、１１はヘッダ、１３は均圧
室、１５は均圧孔、１６はノズル部、２０はノズル孔、
２１は仕切板、Ｓ_１はノズル孔近傍のスリット幅、Ｓ_２
は冷却液流出口のスリット幅である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】冷却液を貯留するヘッダと、該ヘッダ上に
設けられ、これより小さな容量を有する均圧室と、これ
らヘッダと均圧室とを連通する均圧孔と、上記均圧室の
側部から垂下されたスリット空間を有するノズル部と、
該ノズル部のスリット空間を縦列に仕切る複数の仕切板
と、これら仕切板によって仕切られたノズル部のスリッ
ト空間と上記均圧室とを夫々連通するノズル孔とからな
り、上記ノズル部のスリット空間のノズル孔近傍のスリ
ット幅をノズル部出口のスリット幅の３〜10倍の幅にな
るように形成したことを特徴とする金属板冷却用ノズ
ル。