JP2006102802A - ヘッダー及び冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳込み作業によることなく比較的安価に作製することが可能であるとともに、高い流体噴射能と均一な流体噴射能とを併せ持つヘッダー、及び当該ヘッダーを備える冷却装置を提供する。
【解決手段】 流体を供給する配管２０に接続される、スリット状のノズル先端部２を有するヘッダー１０であって、その内部に、配管２０から供給された流体をノズル先端部２へと導く導流体３が備えられ、ノズル先端部２は一対の嘴部４ａ、４ｂにより形成されるとともに、少なくとも一方の嘴部に流れ安定化手段が備えられている、ヘッダー１０とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘッダー及び当該ヘッダーを備える冷却装置に関し、特に、スリット状のノズル先端部から均一な流量分布の流体を噴射し得るヘッダー、及び当該ヘッダーを備える冷却装置に関する。

幅広の高温鋼材を水冷する場合において、スリット状のノズル（以下において、「スリットノズル」と記述することがある。）から吐出された噴流又は層流状態の水を用いて冷却する方式は、他の方式よりも高い冷却能力を有している。そのため、厚鋼板の制御冷却や熱延ホットランテーブル等では、スリットジェット方式やスリットラミナー方式による冷却法が多用されてきている。しかしながら、最近では、高温鋼材の冷却にも一段と細かい制御が要求されるようになってきている等の理由から、スリットノズルを用いた水冷方式においても、冷却速度や冷却均一性確保等に関する様々な問題が指摘されている。

オンラインにて厚鋼板を制御冷却する場合には、高い冷却能力を有する冷却装置を用いて厚鋼板を均一に冷却することが望まれるため、スリットノズルを有する冷却装置が利用される。しかし、従来の冷却装置は、高い冷却能力を有する反面、厚鋼板の幅方向において、当該ヘッダーから吐出される水の流量分布が不均一になりやすく、厚鋼板の長手方向にスジ状の冷却ムラが生じやすい。この冷却ムラは、同一鋼板内における機械試験値のバラツキの一因となり、鋼板品質の低下を招くため、ヘッダーから吐出される水の流量分布を均一にすることで、冷却ムラを低減することが望まれている。

他方、高温鋼材の水冷に使用されるヘッダーには、一般に、複数の給水管から水が供給されている。そのため、ヘッダー内では、給水管の直下に位置する部位と直下以外の部位との間で水の圧力勾配が生じ、かかる圧力勾配が不均一な流量分布の一因であると考えられている。

これまでに、ヘッダー内における冷却水の均圧化を図る等の方法により上記冷却ムラを低減することを目的とした技術がいくつか開示されてきている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、ヘッダー内に整流板を設けることでヘッダー内の冷却水を均圧化し得る技術が開示されている。これらの技術によれば、鋼板の板幅方向における流量分布を均一化することが可能になるため、当該板幅方向における冷却能力を均一にすることが可能になるとされている。一方、特許文献３には、小容量のサブスリットラミナーフロー冷却装置を備える冷却設備とすることで、流量分布を均一化し得る技術が開示されている。
特開平６−１８２４２５号公報 実開平５−７０７１１号公報 特開平８−３９１２６号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、層流の水を吐出するヘッダー内で生じる水の圧力勾配を抑制することは可能であるものの、噴流の水を噴射するヘッダー内で生じる水の圧力勾配を抑制することは困難であるという問題があった。また、例えば、流量調整弁を開閉する場合等の非定常時にはヘッダーやノズル内部における水の圧力変動が大きいため、特許文献１及び特許文献２にかかる技術において整流板による整流効果が小さい場合には、ヘッダー内の水流を安定した均一流れとするまでに時間がかかり、操業時の生産効率低下を招くという問題があった。さらに、整流板のみにより水の圧力変動の十分な均一化を図ると、圧力損失が大きくなりやすく、ジェット流を発生させること自体が困難になる場合があるという問題もあった。一方、特許文献３に開示されている技術によっても、流量分布の十分な均一化を図ることは困難であるという問題があった。

ここに、上記問題点を解決する手段として、ヘッダー形状の複雑化を図る、あるいはノズルを巨大化する等の手段も考えられるが、かかる手段は、機械加工性に劣りヘッダーを鋳込みにより作製する必要がある、メンテナンス性が悪化する、コストの増加を招く等の観点から、好ましくない。

そこで、本発明では、鋳込み作業によることなく比較的安価に作製することが可能であるとともに、高い流体噴射能と均一な流体噴射能とを有するヘッダー、及び当該ヘッダーを備える冷却装置を提供することを課題とする。

鋳込み作業によることなく比較的安価に作製することが可能であるとともに、高い冷却能と均一な冷却能とを有するヘッダーにつき、鋭意研究を行なった結果、本発明者らは以下の知見を得た。
１）ヘッダー内に導流体を設けることにより、当該ヘッダー内において、複数の配管から供給された流体の圧力変動を抑制することが可能になる。そのため、かかるヘッダーを備える冷却装置は、被冷却材を均一に冷却することが可能になる。
２）流体を噴射するスリット状のノズル先端部を形成する一対の嘴部における少なくとも一方の端面にノッチを形成するか、又は少なくとも一方の当該嘴部にテーパ状の端部を形成することで、上記ノズル先端部から噴射される流体の流れを均一にすることが可能になる。
３）上記導流体に当該導流体の長手方向へと向かう流体の流れを抑制する整流体を設けることで、ヘッダー内における流体の圧力変動を一層抑制することが可能になる。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

第１の本発明は、流体を供給する配管（２０）に接続される、スリット状のノズル先端部（２）を有するヘッダー（１０）であって、その内部に、配管（２０）から供給された流体をノズル先端部（２）へと導く導流体（３）が備えられ、ノズル先端部（２）は一対の嘴部（４ａ、４ｂ）により形成されるとともに、少なくとも一方の嘴部（４ａ、４ｂ）に流れ安定化手段が備えられていることを特徴とする、ヘッダー（１０）により、上記課題を解決する。
ここに、流体とは、水等の液体に限定されるものではなく、空気等の気体であってもよい。また、導流体（３）とは、配管（２０）から供給された流体をノズル先端部（２）へとスムーズに導くために設けられるものであり、スムーズに流体を導くことが可能であれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明及び以下に示す発明にかかる導流体（３）の形態例としては、管状、棒状、又は板状等を挙げることができる。導流体（３）が管状や棒状である場合、その断面形状の具体例としては、円形や楕円形等の滑らかな流線形状等を挙げることができる。一方、導流体（３）が板状である場合、その形態の具体例としては、Ｌ字型等を挙げることができる。
なお、本発明及び以下に示す発明において、導流体（３）は、当該導流体（３）によって流れを矯正された流体がノズル先端部（２）からジェット噴射され得る圧力を維持できるように、配置されている。さらに、流れ安定化手段とは、ノズル先端部（２）から噴射される流体と嘴部の端面（５ａ、５ｂ）との間に生じる負圧を解消することを目的として備えられる手段を指している。

上記第１の本発明において、流れ安定化手段は、嘴部端面（５ａ、５ｂ）に形成されたノッチ（６、６）又は嘴部（４ａ、４ｂ）に形成されたテーパ状の端部（５ａ、５ｂ）であることが好ましい。
ここに、テーパ状の端部（５ａ、５ｂ）とは、嘴部（４ａ、４ｂ）の先端が細くなるように形成されたテーパ状の端部（５ａ、５ｂ）を意味している。

また、上記第１の本発明において、導流体（３）の長手方向へと向かう流体の流れを抑制する整流体（７）が設けられていることが好ましい。
ここに、整流体（７）は、ヘッダー（１０）の内部において導流体（３）の長手方向へと向かう流体の流れを抑制することが可能であれば、その形態は特に限定されるものではない。整流体（７）の態様例としては、多数の小孔が開いた管状の整流体、格子状に区切られた整流体、ヘッダー（１０）の長手方向に一定の間隔で流体の流れと平行に設けられた板状（隔壁状）の整流体等を挙げることができる。

さらに、上記第１の本発明において、嘴部の一方（４ｂ）が、嘴部の他方（４ａ）よりも、ノズル先端部から噴射される流体（８）の噴射方向へと延伸されていることが好ましい。

加えて、上記第１の本発明において、ノズル先端部（２）以外へと向かう流体の流れを抑制する淀み防止手段（９）が、設けられていることが好ましい。

また、上記第１の本発明において、淀み防止手段（９）は、導流体（３）に取り付けられてノズル先端部（２）とは逆方向への流れを規制するフィンであることが好ましい。

第２の本発明は、上記第１の本発明にかかるヘッダー（１０）を備える冷却装置により、上記課題を解決する。

第１の本発明によれば、ヘッダー（１０）内に導流体（３）が設けられており、当該導流体（３）によって流れ方向を矯正された流体が、導流体（３）とヘッダー（１０）の内壁とによって形成される空間を通ってノズル先端部（２）へと導かれるため、ヘッダー（１０）内の長手方向にて生じる流体の圧力変動を抑制することが可能になる。また、第１の本発明において、導流体（３）は、当該導流体（３）によって流れを矯正された流体がノズル先端部（２）からジェット噴射され得る圧力を維持できるように配置されているので、第１の本発明にかかるヘッダー（１０）は、高い流体噴射能を備えることが可能になる。したがって、第１の本発明によれば、高い流体噴射能と均一な流体噴射能とを有するヘッダー（１０）を提供することが可能になる。また、第１の本発明における導流体（３）は、比較的単純な形状を有しているため、当該導流体（３）を備えるヘッダー（１０）は、鋳込み作業によることなく比較的安価に作製することが可能である。

上記第１の本発明において、少なくとも一方の嘴部端面（５ａ、５ｂ）にノッチ（６）が形成されているか、又は、少なくとも一方の嘴部（４ａ、４ｂ）が先端へと向かうにつれて細くなるような形態のテーパ状の端面（５ａ、５ｂ）を有していれば、ノズル先端部（２）から噴射される流体（８）と上記嘴部端面（５ａ、５ｂ）との間に生じる負圧を容易に抑制することが可能になる。そのため、かかる構成とすることで、より均一な流体を噴射することが可能なヘッダー（１０）を提供することが容易になる。

また、上記第１の本発明において、整流体（７）が設けられていれば、導流体（３）の長手方向へと向かう流体の流れを抑制することが可能になるため、導流体（３）によって流れを矯正された流体の流れを整えることが容易になる。したがって、かかる構成とすることで、より一層均一な流体を噴射することが可能なヘッダー（１０）を提供することが容易になる。
ここに、本構成にかかる整流体（７）は、主に、導流体（３）によって流れを矯正された後の流体が導流体（３）の長手方向へと流れることを抑制している。そのため、配管から供給される流体の流れを直接整える形態とは異なり、ヘッダー（１０）内における流体の圧力損失を抑制することが可能である。したがって、本構成であれば、ヘッダー（１０）内における流体の圧力を、ノズル先端部（２）からジェット噴射され得る圧力に維持することが可能になる。

さらに、上記第１の本発明において、嘴部の一方（４ｂ）が、嘴部の他方（４ａ）よりも延伸されていれば、均一な流体を噴射し得るヘッダー（１０）を容易に提供することが可能になる。

加えて、上記第１の本発明において、ノズル先端部（２）以外へと向かう流体の流れを抑制する淀み防止手段（９）が設けられていれば、ヘッダー（１０）内における乱流の発生を抑制することが容易になるため、均一な流体を噴射することが可能なヘッダー（１０）を提供することが容易になる。

また、上記第１の本発明において、淀み防止手段（９）が、ノズル先端部（２）とは逆方向への流れを規制する、導流体（３）に取り付けられたフィンであれば、均一な流体を噴射することが可能なヘッダー（１０）を一層容易に提供することが可能になる。

第２の本発明によれば、冷却装置に、高い流体噴射能と均一な流体噴射能とを有するヘッダー（１０）が備えられているので、被冷却材を均一に、かつ、急速に冷却することが可能な冷却装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の特徴を説明するため、図７に、従来のヘッダーを示す。図７（ａ）は、従来のヘッダーを概略的に示す鉛直方向断面図であり、図７（ｂ）は従来のヘッダーを備える冷却装置の一部を概略的に示す正面図である。ここに、図７（ａ）では、紙面に垂直な方向がヘッダーの長手方向である一方、図７（ｂ）では、図の左右方向がヘッダーの長手方向である。なお、以下の説明では、配管から水が供給される場合について記述する。図７において、矢印（太線）は、ノズル先端部から噴射される水の噴射方向を示している。以下、図７（ａ）及び（ｂ）を適宜参照しつつ、従来のヘッダーについて説明する。

図７（ａ）に示すように、蝸牛型の断面形状を有する従来のヘッダー５０は、湾曲部５１ａと平板部５１ｂとを備え、湾曲部５１ａの端部５４ｂと、平板部５１ｂに取り付けられた部材５１ｄの端部５４ａとにより、ノズル先端部５２が形成されている。ここに、上記平板部５１ｂと上記部材５１ｄとは、ボルト１２によって固定されており、平板部５１ｂには孔が、部材５１ｄには長孔が、それぞれ形成されている。そのため、部材５１ｄは図の矢印（破線）の方向へと移動可能であり、かかる移動により、ノズル先端部５２のスリット幅Ｔを調整することができる。

一方、図７（ｂ）に示す主配管３０には、不図示の水供給源からポンプにより水が供給されている。ヘッダー５０と当該ヘッダー５０の長手方向に一定の間隔で配置されている複数の配管２０、２０、…とは、ヘッダーに設けられた複数の開口部５１ｃ、５１ｃ、…を介して接続されており、主配管３０及び配管２０、２０、…内を流れる水は、当該開口部５１ｃ、５１ｃ、…を介して、ヘッダー５０内へと供給される。ここに、ヘッダー５０に接続されている配管２０、２０、…は、一定の間隔を有していることから、配管２０、２０、…の直下部であるか否かによって、ヘッダー５０内部では、上記長手方向で水圧の変動が生じやすい。また、従来のヘッダー５０内部は空洞であったため、当該内部で乱流が発生し、水がそのままノズル先端部５２へと至る結果、従来のヘッダー５０から吐出される水は、不均一になりやすいという問題があった。そこで、本発明では、ヘッダー内に導流体を設けるとともに、ノズル先端部を形成する嘴部に流れ安定化手段を設けることで、均一な流体を噴射可能なヘッダーにしている。

図１に、第１実施形態にかかる本発明のヘッダーを示す。図１（ａ）は、本実施形態にかかるヘッダーを示す鉛直方向断面図であり、図１（ｂ）は、本発明にかかるヘッダーを備える冷却装置の一部を概略的に示す正面図である。ここに、図１（ａ）では、紙面に垂直な方向がヘッダーの長手方向である一方、図１（ｂ）では、図の左右方向がヘッダーの長手方向である。なお、以下の説明では、配管から水が供給される場合について記述する。図１において、矢印（太線）は、ノズル先端部から噴射される水の噴射方向を示している。また、図１（ａ）において、Ｔは、ノズル先端部のスリット間隔を、θ’は、テーパ状に形成された嘴部端面とノズル先端部から噴射される水とのなす角度を、Ｌ’は、水の噴射方向における上記嘴部端面の長さを、それぞれ表している。

図１（ａ）に示すように、第１実施形態にかかる本発明のヘッダー１０は、従来のヘッダーの構造に加え、その内部に導流体３、整流体７、リブ９、及び固定部材１３を備えている。そして、ノズル先端部２の一方の端面５ａにはノッチ６が形成されており、他方の端面５ｂはテーパ状に形成されている。
第１実施形態にかかる本発明のヘッダー１０は蝸牛型の断面形状を有しており、湾曲部１１ａと平板部１１ｂとを備えている。配管２０内を流れる水は、湾曲部１１ａに形成された開口部１１ｃを介してヘッダー１０内へと供給されており、かかる水は、湾曲部の端部（以下において、「嘴部」と記述することがある。）４ｂと平板部１１ｂに取り付けられた部材１１ｄの端部（以下において、「嘴部」と記述することがある。）４ａとにより形成されるノズル先端部２から、ヘッダー１０の外部へと噴射される。本発明にかかるヘッダー１０において、その内部へと供給された水は、ヘッダー１０の内部に設けられた円管状の導流体３によって流れを矯正され、流れを矯正された水は、上記導流体３と、テーパ状に形成された嘴部４ａの傾斜面４ｘと、湾曲部１１ａの内壁とによって形成される空間を通って、ノズル先端部２へと導かれる。さらに、ノズル先端部２を形成している嘴部４ａの端面５ａには、ノッチ６が形成されており、他方の嘴部４ｂは、当該嘴部４ｂの先端が細くなるような形態のテーパ状端面５ｂを有している。

本実施形態にかかるヘッダー１０に備えられる導流体３には、淀み防止手段としてのリブ９と、整流体７とが設けられている。図１（ａ）に示すヘッダー１０において、リブ９は、配管２０から供給される水が、ノズル先端部２以外の方向へと流れることを防止する役割を果たす一方、整流体７は、導流体３の長手方向へと向かう水の流れを抑制する役割を果たしている。ここで、上記ヘッダー１０に備えられる導流体３及びリブ９の長手方向長さは、ヘッダー１０の内壁の長手方向長さと同等程度であり、当該導流体３は、ノズル先端部２から水を噴射可能なように配置されている。また、上記ヘッダー１０において、平板部１１ｂには孔が、部材１１ｄには１１ｂに設けられている孔よりも大きな孔がそれぞれ形成されており、平板部１１ｂと部材１１ｄとはボルト１２によって固定されている。そのため、上記ヘッダー１０にかかるノズル先端部２は、嘴部４ａを図１（ａ）の矢印（破線）方向へと移動させた後にボルト１２を用いて固定することで、そのスリット幅Ｔを適宜調整可能なように構成されている。さらに、上記導流体３は、固定部材１３又はヘッダー１０の両端に備えられているフランジ及びボルト（ともに不図示）を介して、ヘッダー１０内部に固定されているため、このように構成されるヘッダー１０は、鋳込み作業によることなく比較的安価に作製することが可能である。

上述のように、本発明にかかるヘッダー１０は、ヘッダー１０の内壁の長手方向長さと同等程度の長手方向長さを有する導流体３を備えている。かかる形態にすることで、主配管３０及び配管２０、２０、…を介してヘッダー１０の内部へと供給された水は、導流体３によってその流れを矯正される。すなわち、ヘッダー１０の内部において、配管２０、２０、…の直下に位置する導流体３の部位に衝突した水を、配管２０、２０、…の直下ではない導流体３の部位へと回り込ませることが容易になるとともに、導流体３と上記傾斜面４ｘと湾曲部１１ａの内壁とによって形成される空間を介して、水をノズル先端部２へと導くことが可能になる。そのため、配管２０、２０、…からヘッダー１０へと供給された水は、ノズル先端部２から噴射される前に、当該ヘッダー１０の内部において、その圧力変動を抑制される。したがって、かかる構成のヘッダー１０によれば、流れが均一な、膜状の水８を噴射することが可能になる（図１（ｂ）参照）。また、上述のように、本実施形態にかかるヘッダー１０は、水を噴射可能なように構成されているため、ヘッダー１０は、高い水噴射能をも有している。したがって、冷却装置が本実施形態にかかるヘッダー１０を備えていれば、被冷却材を均一にかつ急速に冷却することが可能になる。

加えて、本発明にかかるヘッダー１０は、端面５ａ、５ｂの少なくとも一方にノッチ６を形成するか、又は、当該端面５ａ、５ｂを、嘴部４ａ、４ｂの先端に向かうにつれて細くなるような形態でテーパ状に形成する。ここに、端面にこれらの加工が施されないと、ノズル先端部から噴射される水と嘴部４ａ、４ｂの端面５ａ、５ｂとの間に負圧が生じ、噴射された水が端面５ａ、５ｂの方へと引き込まれる結果、噴射された水の流れが不均一になる。そのため、本発明にかかるヘッダー１０では、上記構成とすることで、噴射された水の流れが不均一になることを抑制している。なお、以下において、端面にノッチを形成することと、テーパ状の端面を形成することとを含む概念として、流れ安定化手段という語句を用いることがある。

上記端面５ａ及び／又は５ｂにノッチを形成する場合、上記負圧の抑制効果を得るという観点から、ノッチ深さＬ１は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに、十分な負圧効果を得るという観点から、より好ましいノッチ深さＬ１は、ノズル先端部２のスリット間隔Ｔ以上である。ここに、ノッチ深さＬ１の上限は特に限定されるものではなく、負圧抑制効果とノッチの機械加工性とを総合的に勘案して、当該深さを適宜決定することができる。また、十分な負圧抑制効果を得るという観点から、端面５ａ及び／又は５ｂに形成されるノッチ角度θは６０〜９０度とすることが好ましい。加えて、負圧の抑制効果を得るという観点から、ノッチ幅Ｌ２は３ｍｍ以上とすることが好ましい。

一方、端面５ａ及び／又は５ｂをテーパ状の端面とする場合には、後述するように、十分な負圧効果を得るという観点から、テーパ状に形成された端面５ａ、５ｂとノズル先端部から噴射される水とのなす角θ’を４５度以下にするとともに、テーパ状に形成された端面５ａ、５ｂの上記噴射方向における長さＬ’をノズル先端部２のスリット間隔Ｔ以上とすることが好ましい。

図２に、上記流れ安定化手段を備える端面の形態例を示す。図２は、ノズル先端部を形成する一対の嘴部を中心にして本発明にかかるヘッダーの一部を拡大して概略的に示す鉛直方向断面図であり、水は図の下方へと噴射されるものとする。図２において、図１（ａ）と同じ構成を採る部位には、図１（ａ）にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。
図２（ａ）は、一方の端面にのみノッチが形成されている形態を示しており、図２（ｂ）は、一対の端面にノッチが形成されている形態を示している。これに対し、図２（ｃ）は、一方の端面がテーパ状に形成されている形態を示しており、図２（ｄ）は、一対の端面がテーパ状に形成されている形態を示している。そして、図２（ｅ）は、一方の端面にノッチが形成されているとともに、他方の端面がテーパ状に形成されている形態を示している。なお、理解を容易にするため、図２（ｂ）にノズル先端部のスリット間隔Ｔ、テーパ状に形成された嘴部端面とノズル先端部から噴射される水とのなす角度θ’、及び、水の噴射方向における上記嘴部端面の長さＬ’を、図２（ｄ）にノッチ深さＬ１を、図２（ｅ）にノッチ角度θをそれぞれ示す。図を見やすくするという観点から、上記以外の図では、Ｔ、θ’、Ｌ’、Ｌ１、及びθの表記を適宜省略する。

図２（ａ）、（ｃ）に示すように、本発明にかかるヘッダー１０では、一方の端面が流れ安定化手段を備えていれば、負圧抑制効果を有するヘッダー１０とすることが可能であるが、十分な負圧抑制効果を得るという観点からは、一対の端面が流れ安定化手段を備えていることが好ましい。一対の端面が流れ安定化を備える場合、その形態は特に限定されるものではなく、当該形態の具体例としては、図２（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）等を挙げることができる。

便宜上、上記説明では、端面５ａ、５ｂが水の噴射方向に対して揃った位置に配置されている形態について記述したが、本発明にかかるヘッダーでは、さらに、一方の嘴部を水の噴射方向へと延伸することが好ましい。かかる構成とすることで、ノズル先端部２から噴射される水をより一層均一にすることが容易になる。図３に、一方の嘴部が他方の嘴部よりも水の噴射方向へと延伸されている形態のヘッダー１０Ａを概略的に示す。第２実施形態にかかるヘッダー１０Ａは、一方の端面５ｂが他方の端面５ａよりも水の噴射方向へと延伸されている一方で、その他の部位は、第１実施形態にかかるヘッダー１０と同じ構成を備えている。そのため、図３にかかるヘッダー１０Ａの各構成部位には、第１実施形態にかかるヘッダー１０の各構成部位と同じ符号を付し、その説明を省略する。

また、上記説明では、円管状の導流体３、整流体７、及びリブ９を備えるヘッダー１０について説明したが、本発明にかかるヘッダーが備え得る導流体は、かかる形態に限定されるものではなく、例えば板状等の導流体を備えるヘッダーであっても良い。さらに、本発明にかかるヘッダーは、導流体及び流れ安定化手段を備える嘴部を有していれば、整流体やリブを備えない形態であっても良い。そこで、板状の導流体及び流れ安定化手段を備える嘴部を備える一方で、整流体及びリブを備えない形態のヘッダーを図４に示す。

図４は、第３実施形態にかかる本発明のヘッダー１０Ｂを概略的に示す鉛直方向断面図である。第３実施形態にかかるヘッダー１０Ｂには、Ｌ字型の断面形状を有する板状の導流体３’が備えられている一方、整流体及びリブは備えられていない。そして、端面５ａにはノッチ６が形成されているとともに、端面５ｂはテーパ状に形成されている。このほか、図３において、図１（ａ）と同じ構成を採る部位には図１（ａ）にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。

第３実施形態にかかるヘッダー１０Ｂに備えられる導流体３’は、第１実施形態にかかる導流体３と同様に、ヘッダー１０Ｂの内壁の長手方向長さと同等程度の長手方向長さを有している。そのため、本実施形態にかかる導流体３’によっても、ヘッダー１０Ｂ内における水の圧力変動を抑制することが可能である。したがって、冷却装置が本実施形態にかかるヘッダー１０Ｂを備えていても、被冷却材を均一にかつ急速に冷却することが可能になる。

なお、例えば、第１実施形態にかかるヘッダー１０のように、配管２０、２０、…から供給される水を、テーパ状に形成された嘴部４ａの傾斜面４ｘを介して、ノズル先端部２へと導く場合、ノズル先端部２から噴射される水の噴射方向と傾斜面４ｘとがなす角度は、特に限定されるものではない。当該角度は、ヘッダー１０のサイズをコンパクトに保つとともに水をノズル先端部２へとスムーズに導くという観点から、２０度以上４０度以下とすることが好ましい。

また、第１実施形態にかかるヘッダー１０のように、管状の導流体３を備える場合、配管２０から供給された水を効果的にノズル先端部２へと導くことを可能にする観点から、当該導流体３とヘッダーとの間の流体が流れる部分の流路断面積は、上記流体の供給配管２０、２０、…の総断面積の５５〜９５％とすることが好ましい。

さらに、便宜上、上記説明では、ヘッダー内に水が供給される形態について説明したが、本発明にかかるヘッダーへと供給され得る流体は、水等の液体に限定されるものではなく、空気等の気体であっても良い。本発明にかかるヘッダーに圧縮空気が供給される場合、当該ヘッダーを備える装置は、例えば、鋼板上に滞留している水を切るために使用される水切り装置や、溶融亜鉛めっきラインにおけるガスワイピング装置等として使用することもできる。

＜実施例１＞
本発明にかかるヘッダーの嘴部端面に形成されるノッチの形状と当該ヘッダーから噴射される水流の安定性との関係、及び、本発明にかかるヘッダーの嘴部端面をテーパ状に形成した場合における当該テーパ形状と上記水流の安定性との関係を、それぞれ調べた。前者の結果を表１に、後者の結果を表２に、それぞれ示す。なお、表１にかかる結果は、一対の嘴部端面にノッチを形成した場合の結果であり、表２にかかる結果は、一対の嘴部端面をテーパ状に形成した場合の結果である。

ここに、表１及び表２において、スリット出口幅Ｔとは、ノズル先端部のスリット間隔Ｔを、スリット流量とは、ノズル先端部から噴射される単位時間当たりの水量をスリットの長手方向長さが１ｍである場合に換算したものを、それぞれ表している。また、表１及び表２において、水流の安定性は、水流が振動していたか否かによって評価し、振動が生じた場合を×、振動が生じなかった場合を○と表記した。ヘッダーの嘴部と水流との間に負圧が生じると、水流が振動するため、当該振動の有無は、負圧の有無を認識する際の指標にもなり得る。

表１より、ノッチ角度θを６０度未満（実施例１Ａ−３、実施例１Ａ−４）とすると、水流が振動した。また、ノッチ角度θが６０度であっても、ノッチ深さＬ１がスリット出口幅Ｔ未満（実施例１Ａ−５）であると、水流が振動した。したがって、本実施例から、ノッチ角度θを６０〜９０度にすると共にノッチ深さＬ１をＬ１≧Ｔとすることで、均一な水流を噴射し得るヘッダーが提供されることが確認された。

また、表２より、テーパ状に形成された嘴部端面とノズル先端部から噴射される水とのなす角度θ’（テーパ角度；図１（ａ）参照）が４５度を超えると（実施例１Ｂ−３）、水流が振動した。また、当該角度θ’が４５度以下であっても、テーパ状に形成された嘴部端面の上記噴射方向における長さＬ’（図１（ａ）参照）がスリット出口幅Ｔ未満であると（実施例１Ｂ−４）、水流が振動した。したがって、本実施例から、上記角度θ’を４５度以下にするとともに上記長さＬ’がＬ’≧Ｔとなるようにテーパ状の嘴部端面を形成することで、均一な水流を噴射し得るヘッダーが提供されることが確認された。

＜実施例２＞
図１（ａ）に示す本発明にかかるヘッダーから噴射される水の流量分布（実施例）と、図７（ａ）に示す従来のヘッダーから噴射される水の流量分布（比較例）とを調べ、これらの結果を比較した。実施例及び比較例にかかるヘッダーにおいて、ノズル先端部のスリット間隔は２ｍｍ、長手方向（以下において、「幅方向」と記述することがある。）長さは６００ｍｍ、ヘッダーへと供給される単位時間当たりの水量は１ｍ^３／ｍｉｎ、ノズル先端部から噴射される水の圧力は１４７ｋＰａとし、上記幅方向で２０ｍｍ毎に水の流量を測定した。実施例の結果及び比較例の結果を、図５にあわせて示す。なお、図５において、水量分布比とは、平均的基準流量に対する幅方向の各水量採取管の水量（単位幅当たりの水量）の比率のことである。
また、図６に、実施例及び比較例にかかるヘッダーから噴射される水の外観を示す。図６（ａ）は、実施例にかかるヘッダーから噴射される水の外観を、図６（ｂ）は、比較例にかかるヘッダーから噴射される水の外観を、それぞれ示している。

図５より、実施例にかかるヘッダーから噴射される水は、比較例にかかるヘッダーから噴射された水よりも、水量分布比の変動が抑制された。したがって、本発明にかかるヘッダーから噴射される水は、従来よりも均一であることが確認された。また、図６より、比較例にかかるヘッダーとは異なり、実施例にかかるヘッダーは、均一な膜状の水を噴射可能であることが確認された。

上述のように、本発明にかかるヘッダーによれば、均一な膜状の水を噴射することが可能であった。そこで、本発明にかかるヘッダーを鋼板の冷却装置に適用したところ、鋼板の先後端部における冷却ムラが大幅に減少し、冷却後の鋼板における形状不良発生率を従来の５０％以下に低減することが可能であった。
また、スリット状のノズルを有する、層流の水が吐出される形態の冷却装置に、本発明にかかるヘッダーを適用したところ、スリットラミナー流の使用開始時における水の圧力変動が抑制され、水膜切れやヘッダーの幅方向端部における縮流変動を防止することが可能であった。したがって、本発明にかかるヘッダーは、層流の水が吐出される形態の冷却装置にも適用可能である。かかる冷却装置を用いて鋼板を冷却したところ、鋼板を均一に冷却することが可能であるとともに、冷却後の鋼板における平坦不良率を従来よりも大幅に減少させることが可能であった。

さらに、本発明にかかるヘッダーは、従来のヘッダーとは異なり、実施例にかかるヘッダーのようにコンパクトなサイズにした場合であっても、均一な水を噴射可能であった。そのため、本発明によれば、均一な水を噴射し得る冷却装置を、従来よりもコンパクトなサイズで提供する事も可能になる。従来よりもコンパクトな本発明にかかる冷却装置を用いれば、短時間（半日以下の時間）で、スリット間隔（約１〜５ｍｍ）を±０．１ｍｍの精度で調整することが可能であった。ここに、コンパクトな本発明にかかる冷却装置と同程度の冷却能を有する従来の冷却装置は、その寸法が幅５ｍ×奥行き１ｍ程度であり、スリット間隔を調整する際に要する時間が１日以上であった。そのため、本発明によれば、メンテナンス性が向上した冷却装置を提供することも可能になることが確認された。

第１実施形態にかかる本発明のヘッダー概略的に示す図である。 嘴部端面の形態例を概略的に示す断面図である。 第２実施形態にかかる本発明のヘッダーを概略的に示す断面図である。 第３実施形態にかかる本発明のヘッダーを概略的に示す断面図である。 幅方向における水量分布比の変動を示す図である。 ヘッダーから噴射される水の外観を示す図である。 従来のヘッダーを概略的に示す図である。

符号の説明

２ ノズル先端部
３、３’ 導流体
４ａ、４ｂ 嘴部
５ａ、５ｂ 端面
６ ノッチ
７ 整流体
８ 流体（水）
９ 淀み防止手段（リブ）
１０、１０Ａ、１０Ｂ ヘッダー
２０ 配管

Claims (7)

1. 流体を供給する配管に接続される、スリット状のノズル先端部を有するヘッダーであって、
   その内部に、前記配管から供給された流体を前記ノズル先端部へと導く導流体が備えられ、
   前記ノズル先端部は一対の嘴部により形成されるとともに、少なくとも一方の前記嘴部に流れ安定化手段が備えられていることを特徴とする、ヘッダー。
2. 前記流れ安定化手段は、前記嘴部端面に形成されたノッチ又は前記嘴部に形成されたテーパ状の端部であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッダー。
3. 前記導流体の長手方向へと向かう前記流体の流れを抑制する整流体が、設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘッダー。
4. 前記嘴部の一方が、前記嘴部の他方よりも、前記ノズル先端部から噴射される流体の噴射方向へと延伸されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のヘッダー。
5. 前記ノズル先端部以外へと向かう前記流体の流れを抑制する淀み防止手段が、設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のヘッダー。
6. 前記淀み防止手段は、前記導流体に取り付けられて前記ノズル先端部とは逆方向への流れを規制するフィンであることを特徴とする、請求項５に記載のヘッダー。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッダーを備えることを特徴とする、冷却装置。
   

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